Development and characterization of light-weight armor materials

Abstract

Adı-Soyadı: Erol ÜNALEROkul: İzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Malzeme Bilimi ve MühendisliğiProgramı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Programı (Yüksek Lisans)Tez Başlığı: Kompozit Hafif Zırh Malzemelerin Gelitirilmesi veKarakterizasyonuÖZETBu çalışmada, E-cam/doymamış poliester kompozit laminalar örgü vekıvrımsız dikişli cam elyaf kumaş ve isophtalic and orthophthalic poliesterreçinelerden RTM (reçine transfer kalıplama) tekniği kullanılarak üretilmiştir.Kompozit laminalara ek olarak, kompozit yapının balistik dayanımını artırmakamacıyla aluminyum plakalar ve alumina tabakalar ilave edilmiştir. Aluminyum (Al)plakaları ve alumina (Al2O3) tabakalar kullanılarak çok tabakalı sandiviç laminalarüretilmiştir. Aluminyum ve alumina içeren ve içermeyen E-cam/doymamış polyesterkompozit laminaların mekanik ve balistik performansını belirlemek amacıyladeneysel çalışma sürdürülmüştür. 0o/90o örgü, 0o/90o ve 0o/-45o/+45o/90o kıvrımsızdikişli kumaştan ve iki farklı reçine kullanılarak üretilen kompozit laminalarınmekanik özellikleri fiber kumaş ve reçine tipinin etkilerini karşılaştırmak içinölçülmüştür. Kompozitlerin eğme mukavemeti ve modülü, tabakalanma yönünde vetabakalanma yönüne dik yönde basma mukavemeti ve modülü, mod I lamilar arasıkırlma tokluğu , laminalar arası akama mukavemeti değerleri fiber kumaş yapısınınmekanik özellikler üzerindeki etkisi incelemek üzere ölçülmüştür.. Genel olarak, örgükumaş ile yapılan kompozit plakaların kıvrımsız dikişli kumaş içeren yapılara göredaha iyi mekanik özelliklere sahip olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, kompozitplakalar; 7.62 mm zırh delici (AP), fragment simülasyon mermi (FSP) ve ball (B)mermi ile 420-1173 m/s hızları arasında balistik teste tabi tutulmuştur. Balistik testsonuçları polimer kompozitlerin 7.62 mm fragment simulating projectiles (FSP) ekarşı 1001 m/s mermi hızlarına kadar dayanımlı olduğunu göstermiştir. Ancak, bukompozitler herhangi bir destek tabakasına sahip olmadan zırh delici (AP)mermilerini durdurmada yetersizdir. Seramik tabaka içeren sandvic paneller ise APve FSP mermilerinin darbesi karşısında bu çalışmada uygulanan tüm hızaralıklarında (446-1020 m/s AP için 435-1173 m/s FSP için) sadece kısmi penetrasyongöstermiştir. Çarpma sonrasında kompozitlerin hasar yüzeyleri incelenmiştir. Sonuçolarak çok tabakalı kompozit yapıların balistik tehditlere karşı kapasitesinin olduğuve hafif zırh malzemesi olarak kullanılabileceği gözlemlenmiştir.

Name: Erol ÜNALERSchool: İzmir Institute of TechnologyDepartment: Materials Science and EngineeringMajor: Materials Science and Engineering (Master)Title of Thesis: Development And Characterization of Light-Weight ArmorMaterialsABSTRACTIn this study, E-glass/unsaturated polyester composite laminates using wovenand non-crimp stitched fabrics and isophtalic and orthophthalic polyester resin werefabricated using RTM (Resin Transfer Molding) technique. In addition to compositelaminates, multilayered sandwich laminates using aluminum (Al) plates and alumina(Al2O3) tiles were manufactured to improve the ballistic resistance of the compositestructure. An experimental investigation was carried out to determine the mechanicaland ballistic performance of E-glass/unsaturated polyester composite laminates withand without aluminum and alumina tiles. The mechanical properties of the compositelaminates made with 0o/90o woven fabrics and 0o/90o and 0o/-45o/+45o/90o non-crimpstitched fabrics and two resin systems were measured for comparison of fabric andresin types. The flexural strength and modulus, compressive strength and modulusthrough ply-lay up and in plane loading directions, mode I interlaminar fracturetoughness and apparent interlaminar shear strength of the composites were measuredto evaluate the effects of the fiber architecture on the mechanical properties of thecomposites. It was found that in general the mechanical properties of the compositesmade with 0o/90o woven fabrics are higher than those of the composites made withmultiaxial non-crimp stitched fabrics. Moreover, the composite plates with andwithout aluminum plates and alumina tiles were subjected to ballistic impact by AP(armor piercing), FSP (fragment simulating projectile) and ball (B) type projectileswith initial velocities in the range of 420-1173 m/s. The ballistic test results exhibitthat the polymer composites have ballistic resistance against 7.62 mm fragmentsimulating projectiles (FSP) up to 1001 m/s projectile velocities. However, thecomposites without any support layer are not sufficient to stop AP projectiles. Thesandwich panels containing ceramic tiles subjected to the ballistic impact by AP andFSP projectiles exhibited only partial penetrations at all the velocities applied withinthe study (446-1020 m/s with AP and 435-1173 m/s with FSP). The extensions ofdamages in the composites were evaluated after impact. It is concluded that themultilayered composite structures have capacity against the ballistic threats andpotential to be used as lightweight armor materials.