Aramid kumaş özelliklerine bağlı iplik çekme (yarn pull?out) testi ile çok katlı dikişli yapıların balistik performansının deneysel belirlenmesi
Experimental determination of ballistic performance of multilayered aramid fabric stitched structures by yarn pull out test
Yazar: MAHMUT KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. ABDÜLKADİR BİLİŞİK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Bölümü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı kumaştan geliştirilen katlı yapıların belirli tehlike tiplerine karşı performanslarının belirlenmesi ve bozunma modları üzerinden enerji absorplama mekanizmasının anlaşılmasıdır.Bu amaç doğrultusunda paraaramid kumaşlar (twaron CT 714 ve CT 716) ki çözgü ve atkı lineer yoğunluğu 110 tex, iplik sıklıkları birbirine eşit sırası ile 85 ve 122 tel/10cm., birim alan ağırlıkları 190 ve 280 g/m2, kumaş kalınlıkları 0.3 ve 0.4mm olarak alınarak bunlardan 14 kat, 0?/90? de doğrultulanmış dikişsiz ve tek yön, iki yön, dört yön naylon 6.6 lı iplikle dikili ve sadece dört yön kevlar 129'la dikili yapılar geliştirilmiştir.Bu geliştirilen yapılara 9mm lik farklı hızlarda (300-400 m/s) mermilerle atışlar yapılarak genel olarak balistik enerji absorplama mekanizması anlaşılmaya çalışılmıştır.Enerji absorblama mekanizmasının anlaşılması için iplik çekme aparatı geliştirilmiş ve tek kat kumaşlara iplik çekme testleri (yarn pull out) yapılmıştır.Atışlar sonucunda belirli bir tehlike tipinde mermi yapıya bir kinetik enerji uygulamaktadır. Bu enerji eğer iplik kopma uzamasının altında bir değerde ise kumaş yapısındaki ortogonal ipliklerde önce krimp düzelmesi (crimp removal) sonra iplik çekilmesi (pull out) yapı düzleminde gerçekleşmekte (longutidunal wave propagation) daha sonar da düzlem dışında şekil değişimi gerçekleşmektedir (transverse wave propagation). Bu olaylar dış kattan iç kata doğru uygulanan kinetik enerji seviyesine göre devem etmektedir.Eğer uygulanan kinetik enerji iplik kopma uzamasının üzerinde bir değerde ise bu durumda önce tamamı ile ve kısmi iplik kırılmaları sonra krimp düzleşmesi ve iplik çekilmesi meydana gelmektedir. Bu olaylar dış katlarda yoğunluklu iplik kırılmaları olarak iç katlara doğru ise krimp düzleşmesi ve iplik çekilmesi olarak kendini göstermektedir.Dikişli yapıların enerji absorplaması dikişsize göre bir miktar yüksek çıkmıştır. Bunun nedeni enerjinin bir kısmının dikiş ipliğinin kilitlediği katlararasını açmada kullanıldığı şeklinde gözönüne alınmıştır. Ayrıca dikişli yapılardaki konik çökme dikişsize göre daha düşük çıkmıştır.Kompozit plakalı ? esnek katlı yapılar da modüler olarak geliştirilmiştir. Kullanılan tehlike tipi 7.65mm. li AK 47 ile ortalama 725 m/s hızda yapıya atılmıştır. Yapılardaki bozunma modları incelendiğinde üç boyutlu ortogonal karbon/epoksili plakada bozunma dar bir hacimde, çok eksenli kesişmesiz ve dikişsiz E-cam/polyester plakada katlararası açılma ve geniş bir çevrede ve ayrıca katlı kumaşlı yapıda da iplik kırılmaları, krimp düzleşmesi ve iplik çekilmesi esaslı bozunma ile kendini göstermiştir.Sonuç olarak bu çalışma ile katlı kumaşlı yapıların enerji absorplama mekanizması düşük tehlike tipleri açısında bir derece anlaşılmıştır. İleriki çalışmalarda iplik sürtünmesi ve nano malzemelerin bu amaç doğrultusunda kullanılarak balistik performansları iyileştirilmiş yapıların geliştirilmesi üzerine gerçekleşeceği tahmin edilmektedir.

Abstract:
The aim of this study is to understand the energy absorption mechanism and failure modes of the newly developed layered fabric structures which resist the certain threat types.For this reason paraaramid woven fabrics which is denoted as twaron? CT 714 and CT 716 were used. They have 110 tex linear density fibers; warp and filling densities in the fabrics 85 and 122 ends/10cm. respectively; fabric unit weight 190 and 280 g/m2 respectively; fabric thickness 0.3 and 0.4 mm. respectively. The developed structures from these fabrics are unstitched and stitched structures which have 14 layers and oriented 0?/90?. In stitched structures, nylon 6.6 yarns are used to stitch the structure one, two and four directions whereas kevlar? 129 yarn is used to make only the four directional stitched pattern structures.It is try to understand the energy absorption mechanism of the developed structures after the ballistic shooting is performed. The bullet is 9 mm full metal jacketed and its speed between 300-400 m/s.Yarn pull out fixture was developed to understand the energy absorption mechanism and yarn pull out test was performed to the paraaramid single woven fabric.After shooting, bullet applies the kinetic energy to the structure for certain type of threat. If this energy level is under the yarn breaking extension, crimp in the orthogonal yarns at the fabric structure is firstly removed and thereafter yarn pull out takes place in the structure plane which is called longitudinal wave propagation and later stage fabric deformation was occurred to the out of plane direction of the structure which is called transverse wave propagation. This phenomenon continues from outside layers to the inside layers depending upon applied kinetic energy level.If the applied kinetic energy level is above the yarn breaking extension, in this case partial and total filament breakages occurs. After that, crimp removal and yarn pull out stages occur. These phenomenon take place multiple yarn failure in the outer layers and, crimp removal and yarn pull out towards the inside layers.Energy absorption level of the stitched structures was slightly higher than that of the unstitched structures. The reason is that some amount of the energy was absorbed to delaminate the interlayer which was locked by the stitching yarns. Also, conical depth in the stitched structure was low compared to that of the unstitched structure.Also, soft layered structures supported by composite panels have been developed. The structures were impacted by AK 47 automatic weapon in where 7.65 mm caliber bullet with speed of 725 m/s was used. After shooting the failure mode was analyzed. It was found out that failure zone in the three dimensional (3D) orthogonal woven carbon/epoxy composite is small whereas multiaxis uncrimped and unstitched E-glass/polyester composite has delaminated and resulted large damaged zone. Damaged zone in the unstitched layered fabric structures has fiber breakages and crimp removal and yarn pull out.As a result, energy absorption mechanism of the layered fabric structures was somehow understood for low threat types. For future study in this field should be concentrated on understanding the fiber friction and possibility to use nano material to enhance the ballistic performance of such structures.