Kayma altında katılaşan sıvı takviyeli zırh kumaşının seramik toz katkıları ile özelliklerinin geliştirilmesi
Development of shear thickening fluid reinforced armor fabrics with ceramic particle additives
Yazar: SELİM GÜRGEN
Danışman: DOÇ. DR. MELİH CEMAL KUŞHAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Ulusal ve uluslararası otoritelerce savunma endüstrisine verilen destek ile zırh teknolojisi hızla ilerlemektedir. 2000'li yılların başında Kayma Altında Katılaşan Sıvıların (KAKS) zırh malzemesi olarak düşünülmesi ile savunma sistemleri yeni bir malzeme ile tanışmıştır. Bu sıvıların kullanılması ile hafiflik ve hareket esnekliği hedeflenmektedir. KAKS Newtonyan olmayan bir sıvı türüdür ve viskoziteleri gerilme uygulandıkça artmaktadır. Uygulanan gerilme yüksek değerlere ulaştığında sıvı neredeyse tam bir katı gibi hal almaktadır. Bu eşsiz özelliğinin yanı sıra gerilme ortamdan kaldırıldığında katı-tarzı davranışı tekrar sıvı hale dönmektedir. Sergilediği bu davranışıyla KAKS koruyucu olarak son derece uygun olarak görülmektedir.
Yapılan bu tez çalışmasıyla literatürde bu zamana kadar takviyesiz olarak incelenen KAKS'lar seramik tozları ile takviye edilerek araştırılmıştır. Çeşitli seramik toz takviyeli KAKS'ların reolojik davranışları incelenerek katılaşma mekanizmaları hakkında bilgi edinilmiştir. Takviyeli ve takviyesiz KAKS uygulanmış kumaşların mekanik özellikleri araştırılarak KAKS'ların kumaş koruma mekanizmalarına olan etkileri incelenmiştir. Bu sıvıların kumaş koruma performanslarını gözlemleyebilmek için çeşitli tehdit koşullarında testler gerçekleştirilmiştir. Takviyeli ve takviyesiz KAKS uygulanmış kumaşlara NIJ-0115.00 standardına göre saplama ve bıçaklama testleri, NIJ-0101.06 standardına göre ise balistik atış testleri uygulanmıştır. Test sonuçlarına göre, KAKS'ların iplikler arası sürtünmeyi ve kumaş yüzey sürtünmesini artırdığı görülmüştür. Kumaş koruyuculuk performansındaki en önemli mekanizma olan sürtünmeyi artırması sayesinde KAKS'lar, koruma uygulamaları için uygun sonuçlar vermiştir. Takviyeli KAKS'lardaki seramik tozları ise kumaş sürtünmesini artırmanın yanında yüksek mekanik özelliklerinden dolayı da koruyuculuk performansını geliştirmiştir.

Abstract:
Armor technology has been continuously improved by the support of national and international authorities for the defense industry. At the beginning of 2000s, shear thickening fluids (STFs) were thought to be used as armor materials and these novel fluids were introduced in defense industry. Usage of these smart fluids is expected to provide weight reduction and flexible motion beside their advanced protection performance. STFs are an example of non-Newtonian fluids which have increasing viscosities since shear stress is applied. Even the shear stress reaches the upper levels, fluid shows solid-like behavior for a split second. After removing the stress from the medium, fluids turn to the initial liquid behavior. STFs are defined as appropriate armor materials with their unique characteristics.
In literature, STFs have been studied without additives and in the present study, these fluids were combined with various ceramic particles and investigated. In the rheological testing, the role of additive particles on the thickening behavior of these suspensions was investigated. The influence of STFs on the mechanical properties of fabrics was studied. In order to obtain the protection performance of these suspensions, fabrics impregnated with STFs were subjected to impact tests under various conditions. The treated fabrics were investigated in accordance with NIJ-0115.00 and NIJ-0101.06 standards to observe the influence of STF applications on the stab and ballistic resistance of the fabrics. Based on the results, STFs are responsible for the increase in the inter-yarn friction and fabric surface friction. Due to the increase in the fabric friction which is the major mechanism for the protective performance of fabrics, STFs yield appropriate results for protective applications. Ceramic particle additives in STFs improve the protective performance in virtue of increasing fabric friction in addition to advanced mechanical properties.