Tabakalı kompozit levhaların balistik performanslarının incelenmesi
Investigation on ballistic performance of layered composite plates
Yazar: FERHAT ATEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GURBET ÖRÇEN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Kompozit malzemeler birçok avantajlı özeliklerinden dolayı savunma, otomotiv, uzay, vb. birçok mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerin üretiminde farklı kumaş tipleri kullanılarak hibrit kompozit elde edilmesi ve bunlarında uygulama alanlarında kullanılması yaygındır. Geleneksel malzemelere alternatif olarak ortaya çıkan kompozit ve hibrit kompozit malzemelerin yetersiz olduğu alanlarda ise, daha iyi mekanik özelikler ve daha iyi performans göstermesi açısından nanokompozitler kullanılmaktadır. Nanokompozit üretimi için kil, bor bileşenleri, grafen vb. nanopartikül olarak kullanılmaktadırlar. Kompozitlerin balistik alanda kullanımı ve bu alandaki çalışmaların sonuçları önemli bir alan oluşturmaktadır. Bu alan özellikle güvenlik, askeri alandaki teçhizat, koruyucu giysiler, zırhlar olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışma; tabakalı kompozitlerin balistik alanda kullanımına dair deneysel çalışmaları içermektedir. Çalışmada Para-Aramid (%100 Kevlar) kumaş kullanılarak üretilen tabakalı kompozit levhalar üç aşamada incelenmiştir. Birinci aşamada, 11 tabakalı Kevlar/Epoksi kompozit levha ve farklı katmanlarda cam fiber takviyeli kumaşlar kullanılarak hibrit kompozit levhalar üretilmiştir. Bu hibrit levhalar 3Kevlar/1Cam/3Kevlar/1Cam/3Kevlar ve 4Kevlar/3Cam/4Kevlar dizilimlerinde elde edilmiştir. İkinci aşamada Kevlar/Epoksi'den oluşan 20 tabakalı kompozit levha üretilmiştir. Üçüncü aşamada ise 30 tabakalı Kevlar/Epoksi kompozit levhalar katkısız ve nanokatkılı olarak üretilmiştir. Nanokatkı malzemesi olarak bor karbür kullanılmıştır. Ağırlıkça %0,5, %0,25, %0,125 oranlarında bor karbür kullanılarak, nanokatkılı kompozit levhalar üretilmiştir. Her üç aşamada üretilen tabakalı kompozit levhalar NIJ 0101.04 standartlarına göre balistik teste tabi tutulmuşlardır. Yapılan test sonuçlarında 11 tabakalı Kevlar/Epoksi ve hibrit kompozit levhalar zırh tipi IIIA ve II seviyesinde delinmişlerdir. Sadece Kevlar/Epoksi levhada zırh tipi IIA seviyesinde delinme gerçekleşmemiştir. 20 tabakalı Kevlar/Epoksi kompozit levha zırh tipi IIIA seviyesinde yapılan test sonucu delinmeye uğramıştır. 30 tabakalı Kevlar/Epoksi ve bor karbür katkılı Kevlar/epoksi levhalar zırh tipi IIIA seviyesinde yapılan test sonucunda delinmemişlerdir. Bu levhalardan elde edilen penetrasyon derinlikleri, standart değeri olan 44 mm'nin altında gerçekleştiği için sonuçlar başarılı olmuştur.

Abstract:
Composite materials are used in many engineering applications, such as defense, automotive, space, etc., due to their many advantageous properties. It is common to obtain hybrid composites by using different fabric types in the production of composite materials and their application fields. In areas where composite and hybrid composite materials, which have emerged as an alternative to traditional materials, are insufficient, nanocomposites are used for better mechanical properties and better performance. Clay, boron compounds, graphene, etc. are used as nanoparticles for nanocomposite production. The use of composites in the ballistic field and the results of studies in this field constitute an important area. This field is especially security, military equipment, protective clothing and armor. This study includes experimental studies on the use of layered composites in the ballistics field. In the study, layered composite plates produced using Para-Aramid (100% Kevlar) fabric were examined in three stages. In the first stage, hybrid composite plates were produced using 11 layers of Kevlar/Epoxy composite plates and glass fiber-reinforced fabrics in different layers. These hybrid plates were obtained in 3Kevlar/1Glass/3Kevlar/1Glass/3Kevlar and 4Kevlar/3Glass/4Kevlar arrangements. In the second stage, a 20-layer composite plate of Kevlar/Epoxy was produced. In the third stage, 30-layer Kevlar/Epoxy composite plates were produced as undoped nanoparticles. Boron carbide was used as a nanocontaining material. Nanoparticulated composite plates were produced by using boron carbide at 0.5%, 0.25%, and 0.125% by weight. Layered composite plates produced in all three stages were subjected to ballistic testing according to NIJ 0101.04 standards. In the test results, 11-layer Kevlar/Epoxy and hybrid composite plates were penetrated at armor type IIIA and II levels. Only the Kevlar/Epoxy plate was not perforated at armor type IIA level. The 20-layer Kevlar/Epoxy composite plate was perforated at armor type IIIA level as a result of the test. 30-layer Kevlar/Epoxy and boron carbide doped Kevlar/Epoxy sheets were not perforated as a result of the armor type IIIA level test. The results were successful because the penetration depths obtained from these plates were below the standard value of 44 mm.