Yüksek molekül ağırlıklı polimerlerin poliüretan matrise kompoze edilmesiyle darbe mukavemeti yüksek zırh elde edilmesi

Abstract

Termoset plastik malzemenin (poliüretan) matris olarak kullanılmasıyla personel balistik koruyucu plaka üretilmiştir. Poliüretanın ana malzeme olarak kullanılması sayesinde; sinterleme metoduyla elde edilen yüksek dayanımlı plakalara muadil bir balistik darbe dayanımı elde etmek ve balistik elyafların tutuculuğunu artırmak amaçlanmıştır. Dayanımı en yüksek personel koruyucu balistik plakalar, projektilin geliş yönünde önde bir seramik blok ve arkasında balistik elyaf katlarından oluşan bir katman olacak şekilde iki katmandan oluşur. Önde yer alan seramik katman, yüksek sertlik değerlerine sahip seramik tozların (alüminyum oksit, silisyum karbür, bor karbür, kuvars ve silisyum dioksit) termoset plastik matris içerisine kompoze edilmesiyle ve hidrolik pres vasıtasıyla oluşturulmuştur. Elyaf katman ise, yüksek molekül ağırlıklı polimerlerin termoset plastik matris içerisine kompoze edilmesi ve bu karışımın elyaf katlar arasına tatbik edilmesiyle oluşturulmuştur. Balistik elyaf olarak Ultra Yüksek Molekül Ağırlıklı Polietilen (UHMWPE) ve Aramid Fiber kumaşlar kullanılmıştır. Termoset plastik numuneleri, Charpy tek çentikli darbe ve basma deneylerine tabi tutulmuştur. Poliüretan matris içerisinde molekül ağırlığı yüksek polimer kompozisyonunun, darbe dayanımını artırdığı ve poliüretan tepkimesinde katalizör olarak DBTL kullanmanın basma dayanımını artırdığı görülmüştür. Numuneler öncelikle 15 cm çapında dairesel kalıp içerisinde hazırlanmıştır. Seramik katman numuneleri, arkalarında elyaf katman olmadan 9 mm Parabellum tabanca mermisi ile atış testine tabi tutulmuş ve en düşük penetrasyona sahip formül belirlenmiştir. Daha sonra elyaf katman numuneleri Düşen Ağırlık Darbe Testi (Drop Tower Impact Test) testine ve `12 kalibre tek kurşun` ile pompalı tüfek atışına tabi tutulmuştur. Bu sayede optimum elyaf katman kompozisyonu belirlenmiştir. Uygun seramik kompozisyonu ve uygun elyaf kompozisyonu termoset plastik vasıtasıyla birleştirilmiş ve numuneler 7,62 mm Tam Metal Kaplama mermi ile yivli tüfek atışına tabi tutulmuştur. 15 cm çapında dairesel numunede başarılı sonuç alınmasını müteakip, 30 cm x 30 cm ebatlarında kare şeklinde numune üretilmiş ve 7,62 mm Tam Metal Kaplama mermiyi 35 mm arka yüz deformasyonuyla durdurduğu tespit edilmiştir. 8'inci Ana Bakım Merkezi Komutanlığı /AFYON'da balistik teste tabi tutulan iki nihai numunenin, NIJ Standart 0101.06 Performans Test Tablosuna göre NIJ IIIA ve NIJ IV sevilerinde balistik koruyuculuğa sahip oldukları tespit edilmiştir. Sinterleme yöntemiyle üretilen muadil zırhlarla aynı ağırlıkta ve daha ince balistik koruyucu plaka bu yöntemle üretilebileceği görülmüştür.

By using thermoset plastic material (polyurethane) as a matrix, personnel protective ballistic plate was produced. It is aimed to obtain a ballistic impact resistance equivalent to high strength plates produced by sintering method and to increase the durability of ballistic fibers, via polyurethane as the main material. Personnel ballistic plates with the highest protection level consist of two layers, in the direction of the projectile a ceramic block at the front and a layer of ballistic fibres at the back. The leading ceramic layer is formed by composing high-hardness ceramic powders (aluminum oxide, silicon carbide, boron carbide, quartz and silicon dioxide) into the thermoset plastic matrix and by means of a hydraulic press. Besides, the fiber layer is formed by composing high molecular weight polymers into thermoset plastic matrix and applying this mixture between the fiber layers. Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) and Aramid Fiber fabrics were used as ballistic fibres.Thermoset plastic samples were subjected to Charpy notched impact and compression tests. It was seen that the polymer composition with high molecular weight in the polyurethane matrix increases the impact resistance and engaging DBTL as catalyst in polyurethane reaction increases the compression resistance. The samples were prepared in a circular mold with a diameter of 15 cm. Ceramic layer samples were firstly subjected to shooting test with 9mm Parabellum pistol bullet, without fiber layer behind them and the formula with the lowest penetration was determined. Later fiber layer samples were subjected to Drop Tower Impact Test and shotgun shooting ballistic test with the `12 gauge slug` bullet. In this way, the optimum fiber layer composition was determined.Suitable ceramic composition and suitable fiber composition were combined with thermoset plastic and samples were subjected to rifle shooting test 7.62 mm Full Metal Jacket bullet. Following a successful result in a 15 cm diameter circular sample, 30 cm x 30 cm size square shaped samples was manufactured and 7.62 mm Full Metal Jacket projectile was stopped with 35 mm backface signature. The two final samples, which were subjected to ballistic testing at the 8th Main Maintenance Center Command / AFYON, were found to have ballistic protection at NIJ IIIA and NIJ IV levels according to the NIJ 0101.06 Performance Test Table.It has been observed that, a ballistic plate having the same weight with the equivalent plates produced by the sintering method but thinner than them can be produced with this method.