MXene (Ti3C2) nanoyapi takvi̇yeli̇ radar soğurucu bali̇sti̇k kompozi̇tleri̇n karakteri̇zasyonu
Characterization of MXene (Ti3C2) nanostructure reinforced radar absorber ballistic composites
Yazar: BURAK HÜLAGÜ
Danışman: PROF. DR. HAMİT AKBULUT ; PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Askeri savunma = Military defense ; Mikrodalga radarlar = Microwave radars ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Amaç: Farklı özellikleri ile ön plana çıkmış MXene (Ti3C2) nano yapı, kayma gerilmesi altında kalınlaşan akışkan (Shear Thickeining Fluids - STF) ve literatüre yeni girmiş zincir yapı malzemelerini, farklı yöntemler kullanarak balistik elyaflar ile bir araya getirmek ve  yeni nesil radar soğurucu - kurşun geçirmez bir zırh üretimini gerçekleştirmek ve deneysel analizlerini incelemek.
Yöntem: Tez iki bölüm altında ele alınmıştır. Birinci bölümde yapılan çalışmalar, ikinci bölüm için bir ön çalışma niteliğindedir. Birinci bölümde karbon, cam ve aramid elyaflar ile farklı tabaka sayılarında ve farklı karışım oranları içeren STF takviyeli kompozit, zincir yapılı sandviç kompozit ve kompozit olmayan numuneler tekil ve hibrit şekillerde üretilerek, NIJ 0101.06 standardı kapsamında IIA seviyesi baz alınarak balistik testleri gerçekleştirilmiştir. İkinci bölümde ise birinci bölümde belirlenen parametreler doğrultusunda, el yatırma ve vakum torbalama teknikleri ile MXene ve STF takviyeli balistik kompozitlerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Kompozitlerde kullanılan kumaşların bir kısmına kimyasal yüzey işlemleri uygulanmıştır.  MXene takviyesi kumaşlara matris modifikasyonu, spreyleme ve daldırma teknikleri ile sağlanmıştır. Sprey prosesi için G-code tabanlı bir sprey sistemi kurulmuştur. Daldırma prosesinde ise MXene STF içine katkılanmış ve kumaşlar katkılı STF içerisine daldırılmışlardır. Üretilen kompozitlere, kumaşlara ve STF yapısına yapısal analizler, reolojik, iplik çekme, radar soğurma, balistik, üç nokta eğilme ve titreşim testleri uygulanmıştır. 
Bulgular: Birinci bölümde yapılan denemeler sonucunda, 18 tabaka aramid elyaf ve ağırlıkça %20 SiO2 ve %80 PEG300 (polietilenglikol) karışımlarına sahip STF katkılı tekil kompozitler balistik başarı sağlamıştır. İkinci bölümde üretimler, 20/80 STF ve 18 tabaka aramid ile gerçekleştirilmiştir. Üretilen numunelere MXene takviye edilmiş ve %97,32 değerlerine varan radar absorbe yeteneği kazandırılmıştır. Balistik performans %17 iyileşmiş ve ipliklerin çekme dayanımları 3 kat artmıştır. Titreşim sonuçlarında sönüm oranlarında %362'ye varan artışlar elde edilmiştir. Üç nokta eğilme testlerinde numunelerin eğilme mukavemetleri, STF katkısı ile düşmüş fakat düşüş yaşayan numuneler arasında, kimyasal işlem görmüş numuneler artış sergilemiştir.
Sonuç: MXene ve STF katkısı balistik ve radar soğurma açısından olumlu sonuçlar vermiştir. Fakat eğilme testlerinde yaşanan problemler, STF katkısının rijit sistemler için uygun olmadığını göstermiştir. Yüzey işlemleri, radar ve eğilme sonuçlarında olumlu etkiler oluşturmuş fakat balistik açıdan başarı sağlayamamışlardır. Üretilen numuneler, IIA seviyesinde ve oldukça hafif giyilebilir zırhlar olarak kullanılabilirler. Aynı zamanda STF ile oluşan düşük arayüzeyin iyileştirilmesi ve balistik seviyelerinin arttırılması durumunda, üretilen numuneler askeri araç gövdeleri için kullanılabilecek zırh niteliğini taşımaktadırlar.

Abstract:
Purpose: Combining MXene (Ti3C2) nanostructure, Shear Thickeining Fluids (STF) and chain structure materials that have recently entered the literature, which stand out with their different properties, with ballistic fibers using different methods and producing a new generation radar absorber – bullet proof armor then having experimental analysis.
Method: The thesis was proceeded in two parts. The studies carried out in the first part are a preliminary study for the second part. In the first part, carbon, glass and aramid fibers and STF reinforced composite, chain structure sandwich composite and non-composite samples containing different layer numbers and different mixing ratios were produced in single and hybrid forms and ballistic tests were carried out based on the IIA level within the scope of NIJ 0101.06 standard. In the second part, in line with the parameters determined in the first section, MXene and STF reinforced ballistic composites were produced with hand tilting and vacuum bagging techniques. Some of the fabrics used in composites have been treated with chemical surface treatments.  MXene reinforcement was provided to the fabrics by matrice modification, spraying and dipping techniques. A G-code-based spray system has been installed for the spray process. In the dipping process, MXene was doped into STF and fabrics were immersed in doped STF. Structural analysis, rheological, yarn pulling, radar absorption, ballistic, three-point bending and vibration tests were applied to the composites, fabrics and STF structure.
Findings: As a result of the trials carried out in the first part, STF-doped single composites with 18 layers of aramid fibers and 20% SiO2 and 80% PEG300 (polyethyleneglycol) mixtures by weight have achieved ballistic success. In the second part, productions were carried out with 20/80 STF and 18 layers of aramid. The samples produced were supplemented with MXene and gained radar absorption capability up to 97.32%. Ballistic performance has improved by 17% and the tensile strength of the yarns has increased by 3 times. In the vibration results, increase of up to 362% in damping rates were obtained. In the three-point bending tests, there was a decrease in the bending strength of the samples with the addition of STF, but among the samples that experienced a decrease, the chemically treated samples exhibited an increase.
Results: The contribution of MXene and STF has yielded positive results in terms of ballistics and radar absorption. However, problems in bending tests have shown that STF additive is not suitable for rigid systems. Surface treatments had positive effects on radar and bending results, but they were not successful in terms of ballistics. The produced specimens can be used as IIA-level and very light wearable armor. At the same time, if the  low interface with STF is improved and the ballistic levels are increased, the samples produced are armor that can be used for military vehicle bodies.