Yumuşak zırh üretiminde kullanılan kumaşların balistik koruma özellikleri ve hareket kabiliyetinin incelenmesi
Investigation of ballistic protection features and mobility of fabrics used in soft armor production
Yazar: ADEM VERDİ
Danışman: PROF. DR. ŞULE SULTAN UĞUR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies ; Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında balistik koruyucu vücut zırhlarının tanımı ve çeşitleri araştırılmış, para-aramid ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen esaslı yumuşak zırh tekstillerinin üretim yöntemleri, kullanım alanları ve elde edilen ürünlerin avantaj ve dezavantajları değerlendirilmiştir. 

Bu zamana kadar yapılan çalışmalarda balistik kumaşların mermiyi durdurma özelliği gerçek veya sanal ortamda analiz edilmiştir. Bu analizlerde kumaş yüzeyine tek bir atış yapılmıştır fakat çoklu atışlarda balistik özellik farklı bir davranış göstermektedir. Standartlara uygun gerçek balistik testlerde 1 adet zırh numunesi üzerine 6 atış yapılmakta olup 5 atış başarılı olabilmekte, kumaş katmanları önceki atışlardan dolayı deforme olduğu için 6. atışta başarısız sonuç elde edilebilmektedir. Bunun nedeni balistik koruyucu kompozit zırh kumaşının tüm özelliklerinin her yerinde aynı olmaması, kumaş üzerindeki lif/matris reçine dağılımının homojen olmamasıdır. ANSYS gibi yazılımlarda kumaş özellikleri programa girilirken kumaş bünyesindeki pek çok değişkenin programa tanıtılması gerekmektedir. 

Günümüze kadar yapılan deneysel ve simülasyon çalışmalarından farklı olarak bu çalışmada, tüm savunma sanayisini kapsayacak şekilde 10 üretici firmadan temin edilen 26 çeşit yumuşak zırh kumaşı uygun laboratuvar koşullarında NIJ 01.01.04 Seviye IIIA ve STANAG 2920 standartlarında her bir ürüne minimum 6 atış yapılarak test edilmiştir. Ayrıca bu ürünlerin eğilme direnci düzeyleri belirlenmiştir. Bunun yanında kumaşların mevcut üretim koşullarında birim tüketim ve maliyet analizi yapılmıştır. Tüm bu çalışmalar neticesinde kullanım alanına uygun olarak avantajlı ve dezavantajlı yumuşak zırh sistemleri belirlenmiştir.

Bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçlara göre aynı koruma düzeyinde en hafif ve düşük maliyetli zırh grubunun UHMWPE esaslı yumuşak zırh sistemleri olduğu, eğilme direnci en düşük zırh grubunun ise para-aramid esaslı yumuşak zırh sistemleri olduğu bulgusuna ulaşılmıştır. Kullanıcı birlik ve personel ihtiyacına göre uygunluk değerlendirmesi yapılması durumunda komando birlikleri için balistik koruma ile beraber hareket kabiliyetinin yüksekliği öncelikli olup buna en uygun zırh sistemleri 85 g/m2 birim alan kütlesi altında bulunan UHMWPE esaslı yumuşak zırhlardır. Sabit duran, nöbet tutan koruyucu personel için balistik direnç seviyesi öncelikli olup ağırlık değerine bakılmaksızın 200 g/m2 den daha yüksek birim alan kütlesine sahip düşük maliyetli zırhlar tercih edilebilir. Mayından koruyucu kıyafet ve bomba imha elbiselerinde kullanılan yumuşak zırhın şarapnel parçacık koruma düzeyi önemli olup bunun için hibrit para-aramid esaslı zırh sistemlerinin tercih edilmesinin uygun olduğu değerlendirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the definition and types of ballistic protective body armor were investigated and the production methods, usage areas and advantages and disadvantages of para-aramid and ultra-high molecular weight polyethylene based soft armor textiles were evaluated.

In the studies carried out so far, the bullet stopping properties of ballistic fabrics have been analyzed in real or virtual environments. In these analyses, a single shot was made to the fabric surface, but the ballistic property may show a different behavior in multiple shots. In real ballistic tests in accordance with the standards, 6 shots are fired on 1 armor sample, 5 shots may be successful, but the 6th shot may fail because the fabric layers are deformed due to the previous shots. The reason for this is that all the properties of the ballistic protective composite armor fabric are not the same everywhere and the fiber/matrix resin distribution on the fabric is not homogeneous. In software such as ANSYS, when entering fabric properties into the program, many variables within the fabric must be introduced into the program.

Unlike the experimental and simulation studies carried out to date, in this study, 26 types of soft armor fabrics from 10 producers, covering the entire defense industry, were tested under appropriate laboratory conditions, in accordance with NIJ 01.01.04 Level IIIA and STANAG 2920 standards, by firing a minimum of six shots at each product. Also, the bending resistance levels of these products were determined. In addition, unit consumption and cost analysis of the fabrics was made under current production conditions. As a result of all these studies, advantageous and disadvantageous soft armor systems were determined according to the type of preference of customers or units.

According to the results obtained within the scope of this study, it was found that the lightest and low-cost armor group at the same protection level is UHMWPE based soft armor systems, while the armor group with the lowest bending resistance is para-aramid based soft armor systems. In case of suitability evaluation according to the needs of the user troops and personnel, the most suitable armor systems for commando units are UHMWPE based soft armor systems with a unit area mass below 85 g/m2. For guarding personnel, the level of ballistic resistance is a priority, and low-cost armor with a unit area mass greater than 200 g/m2 may be preferred, regardless of weight. The shrapnel projectile protection level of the soft armor used in mine protective clothing and bomb disposal suits is important, and for this purpose, it is evaluated that hybrid para-aramid based armor systems are preferred.