Hibrit nanopartikül takviyeli kayma altında katılaşan sıvıların balistik uygulamalarında kullanımının araştırılması
Investigation the use of hybrid nanoparticle reinforced shear thickening fluid in ballistic applications
Yazar: CENK YANEN
Danışman: PROF. DR. MURAT YAVUZ SOLMAZ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bireysel silahlanmanın arttığı günümüzde vücut zırh malzemelerinin günlük kullanıma uygun olacak şekilde hafifletilmesi ve tehdidin türüne bağlı olarak geniş bir alanda koruma sağlamaları oldukça önem kazanmıştır. Kişisel koruyucu zırh üretiminde yüksek performanslı kumaşlar yoğun olarak kullanılmaktadır. Bu kumaşların enerji sönümleme performansının arttırılması için kayma altında katılaşan sıvı (KAKS) kullanımı oldukça yaygındır. Kayma altında katılaşan sıvılar artan kayma oranı ile birlikte viskozitesinde ani bir sıçrama meydana gelen özel bir akışkan çeşididir. KAKS'lar yüksek performanslı kumaşlara emdirilerek enerji sönümleme performansları iyileştirilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmada literatürde genellikle tek katı fazlı üretilerek kullanılan KAKS'lara hibrit nanopartikül takviyesi yapılarak reolojik özellikleri incelenmiştir. Nanopartikül takviyesi için karbon nanotüp, grafen nanoplate ve silisyum karbür partikül kullanılmıştır.  KAKS'lar Twaron para-aramid kumaşlara emdirilerek enerji sönümleme performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. KAKS emdirilmiş kumaşların koruma performanslarının araştırılması ve koruma mekanizmalarının incelenmesi için yüzey sürtünme testi, iplik çekme testi, düşük hızlı darbe testi ve balistik testler uygulanmıştır. Testlerde kumaş yapısının etkisini inceleyebilmek için iki farklı para-aramid kumaş kullanılmıştır.  Test sonuçlarına göre nanopartikül takviyesinin, tek katı fazlı KAKS'ların viskozite profillerini düşürdüğü gözlenmiştir. Hibrit Nanopartikül takviyeli KAKS emdirilmiş numunelerin yüzey sürtünme ve iplik çekme kuvvetini arttırdığı ve bunun yanı sıra NIJ 0115.00 standardına göre yapılan çivi ve bıçak düşürme testlerinde ve NIJ 0101.06 standardına göre yapılan balistik testlerde enerji sönümleme performansını pozitif etkilediği tespit edilmiştir. Ayrıca yapılan testlerde meydana gelen tehdit türüne göre kumaş seçiminin önemli olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, as individual armament has increased, it has become very important to lighten body armor materials to be suitable for daily use and to provide protection in a wide area depending on the type of threat. In order to increase the energy absorption performance of high-performance fabrics used extensively in the production of personal body armor, it is quite common to use shear-thickening fluids (STF). STFs are a special type of fluid that causes a sudden increase in viscosity with an increasing shear rate. In this study, the rheological properties of STF have been investigated by adding hybrid nanoparticles. Carbon nanotubes, graphene nanoplates and silicon carbide particles are used for nanoparticle reinforcement. STFs effects on energy absorption performance were investigated by impregnating two different Twaron para-aramid fabrics. Surface friction test, inter-yarn pull-out test, a drop tower against spike and knife threats and ballistic tests were applied to investigate the protection performance of STF impregnated fabrics and to examine the protection mechanisms.  It has been observed that nanoparticle additives reduce the viscosity profiles of single-phase STF. It has been determined that hybrid reinforced STF impregnated samples increase the surface friction and pull-out force, as well as positively affect the energy absorption performance in the knife and spike drop tower tests performed according to the NIJ 0115.00 standard and in the ballistic tests performed according to the NIJ 0101.06 standard. In addition, it has been determined in the tests that the selection of the fabric is important according to the type of threat that occurs.