BALİSTİK LİFLER (Bölüm 1)



Benzer belgeler
DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

2/13/2018 MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI

İki malzeme orijinal malzemelerden elde edilemeyen bir özellik kombinasyonunu elde etmek için birleştirilerek kompozitler üretilir.

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

MUHENDISLIK PLASTIKLERI ENGINEERING P L A S T I C S

TEKSTİL VE MÜHENDİS (Journal of Textiles and Engineer)

İçerik. Otomotiv/Taşıt Tekstilleri ve Spacer Örme Kumaşlar

Metalurji Mühendisliğine Giriş. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

PROTEK PROSTAR İtfaiyeci Elbisesi

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/6) Akreditasyon Kapsamı

Kompozit Malzemeler. Tanım:

6.WEEK BİYOMATERYALLER

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

Kompozit Malzemeler. Tanım:

1 Turgut Reis Mah. Giyimkent Sitesi D7 Blok B63-1 P.K ESENLER/İSTANBUL Tel : (0212) Pbx Fax : (0212)

Kompozit Malzemeler Takviye Elemanları ve Özellikleri

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/9) Akreditasyon Kapsamı

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

FİZİK LABORATUVARI HİZMETLERİ

simplan

TEKSTİL MATERYALLERİNİN YANMA MEKANİZMASI VE LİMİT OKSİJEN İNDEKS DEĞERLERİ

ELEKTRİK ARKLARININ TERMAL ETKİLERİNE KARŞI KORUYUCU GİYSİLER

Nanolif Üretimi ve Uygulamaları

İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 BÖLÜM 2

ARAMİD, NOVOLOİD VE POLİETİLEN LİFLERİNİN RADYASYON ETKİSİ ALTINDA MUKAVEMET DEĞERLERİNİN İNCELENMESİ

INSA 283 MALZEME BİLİMİ. Giriş

PLASTİKLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

AKPA KOMPOZİT PANEL TEKNİK KATALOG

Elyaf Karışımlarının Boyanması

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/4) Akreditasyon Kapsamı

ÜRÜN KALİTESİ VE KALİTE KONTROL

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

CETP KOMPOZİTLERİN DELİNMELERİNDEKİ İTME KUVVETİNİN ANFIS İLE MODELLENMESİ MURAT KOYUNBAKAN ALİ ÜNÜVAR OKAN DEMİR

BARTIN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ MALZEME LABORATUARI II DERSİ AKIMLI VE AKIMSIZ KAPLAMALAR DENEY FÖYÜ

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/10) Akreditasyon Kapsamı

MALZEME BİLİMİ Güz Yarıyılı Kocaeli Üniversitesi Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv MYO. Yrd. Doç. Dr. Egemen Avcu

Doç.Dr.Salim ŞAHİN SÜRÜNME

SERAMİK MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER ve ÜRETİMİ

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2007 (1) Teknik Not. Konveyör Bantları. Hakan ÖZDEMĐR

Müşterilerinin ihtiyaçlarına, dinamik ekibinin ileri düzeydeki tecrübesi, modern ekipmanları ve geniş laboratuvar imkanlarıyla çözümler sunar.

KOMPOZİTLER Sakarya Üniversitesi İnşaat Mühendisliği

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TEKNİK TEKSTİLLER

FLO AR-GE LABORATUVARI DENEY LİSTESİ

Plastik Parçanın Performansı Etkilenir:

LİSTE /LIST DKMB YETERLİLİK DENEY VE KALİBRASYON PROGRAMI DKMB PROFICIENCY TEST AND CALIBRATION PROGRAM. Deney Metodu Test Method

POLYAMİD & NYLON 6,6 SENTEZİ. Bektaş DOĞAN Gökhan GÜRSOY

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

KATI YALITIM MALZEMELERİ KALSİYUM SİLİKAT

İLERİ YAPI MALZEMELERİ DERS-6 KOMPOZİTLER

Şekil 1. Sarkaçlı darbe deney düzeneği

Mikroliflerden Dokuma Fonksiyonel Koruyucu Giysilerin Geliştirilmesi

1511 ÖNCELİKLİ ALANLAR ARAŞTIRMA TEKNOLOJİ GELİŞTİRME VE YENİLİK PROJELERİ DESTEKLEME PROGRAMI TEKNİK TEKSTİLLER VE TEKSTİL MAKİNALARI ÇAĞRI DUYURUSU

AKTİVİTEYE BAĞLI OLARAK GİYSİLERDE DEĞİŞEN NEM MİKTARININ ISIL KONFORA ETKİSİ

Elektron ışını ile şekil verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN

TENCEL Micro A100 ve TENCEL A100 kullanarak karışımlarda farklı olasılıklar

FLO AR-GE LABORATUVARI DENEY LİSTESİ

FLO AR-GE LABORATUVARI DENEY LİSTESİ

matris: a (Mo) (sünek) woven fibers cross section view fiber: g (Ni 3 Al) (kırılgan)

Master Panel NOVA 5TM Çatı

matris: a (Mo) (sünek) woven fibers cross section view fiber: g (Ni 3 Al) (kırılgan)

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 11 Kompozit Malzemeler. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

21. YÜZYILDA PAMUK ÇALIŞTAYI ve Pamukta Kontaminasyonun Önlenmesi AR-GE PROJE PAZARI. «Ştapel İplik Eğirme Teknolojileri ve Pamuk»

ZnS (zincblende) NaCl (sodium chloride) CsCl (cesium chloride)

DERS ÖĞRETĐM TEKNOLOJĐLERĐ VE MATERYAL GELĐŞTĐRME KONU ÇALIŞMA YAPRAĞI HAZIRLAMA (MADDELERĐN AYIRT EDĐCĐ ÖZELLĐKLERĐ)

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

ALUPAM A.Ş. ALUPAM İLERİ TEKNOLOJİK MALZEMELER A.Ş. BURSA-2013

F40 THOR S1 A22 ODIN S1. / Properties F40 THOR S2 A22 ODIN S2

Metallerin yerini alan endüstriyel plastik KESTAMİD. Döküm Poliamid. Kestamid Polikim in tescilli markasıdır.

İNCE AGREGA TANE BOYU DAĞILIMININ ÇİMENTOLU SİSTEMLER ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ. Prof. Dr. İsmail Özgür YAMAN

Dökme Demirlerin Korozyonu Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

YOĞUNLUK : minimum kg/m3. ISI İLETKENLİK : 0,028W/Mk SU EMME : % 0,1 SU BUHARI DİFÜZYON DİRENCİ : YANGIN SINIFI : B1 (TS 11989)

Ayrıca, bu kitapta sunulan bilgilerin İnşaat Mühendislerine de meslek yaşamları boyunca yararlı olacağı umulmaktadır.

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler.

Genel olarak bir kompozit malzeme, her iki bileşene ait özelliklerin birleşimiyle daha iyi özellikteki kombinasyonlarının elde edildiği çok fazlı bir

KESİNLİK VE ETKİNLİĞE GÜVEN LUTZ TIBBİ BIÇAK AĞIZLARI

1/26 KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ

MALZEME BİLİMİ Bölüm 1. Malzeme Bilimi ve Mühendisliğine Giriş Hazırlayan Doç. Dr. Özkan Özdemir

REMA. TIP TOP REMASCREEN Eleme Sistemleri. Endüstriyel sektör için yüksek performanslı eleme çözümleri

DOĞAL KURŞUN METALİK KURŞUN PLAKALAR

Mantolama Sistemleri

ISIDAÇ 40. karo. Özel ürünleriniz için özel bir çimento!

ORTAM SICAKLIĞI ALTI VEKRİYOJENİK UYGULAMALARI İÇİN ESNEK ENDÜSTRİYEL YALITIM

Maddenin Mekanik Özellikleri

SERİ KALİTE - OTOMOBİL ENDÜSTRİSİ İÇİN LUTZ SANAYİ BIÇAK AĞZI VE BIÇAKLARI

ASBESTSİZ CONTALAR TEMEL ÖZELLİKLER TEKNİK ÖZELLİKLER. Sanayi ve Ticaret Ltd. Şti.

Müslüm KAPLAN Arş Gör. Tekstil Mühendisliği Bölümü Bartın Üniversitesi Tel.: ; E-posta:

ELDİVEN SEÇİM KILAVUZU Kesilme Direnci

Master Panel 1000 WT Cephe

Akreditasyon Sertifikası Eki. (Sayfa 1/4) Akreditasyon Kapsamı

PLASTİK YOLCU UÇAĞI GERÇEKTEN PLASTİK Mİ?

Kompozit Malzemeler. Polimer kompozit malzemeler reçine (Matrix) ve takviye (Reinforcement) bileşenlerinden oluşur.

A eğrisi, neredeyse tamamen elastik şekil değişimiyle hasara uğrayan, gevrek bir polimere aittir. B eğrisi, pek çok metalde de görüldüğü gibi,

İzolatör başlıca beş kısımdan oluşur: Gövde: İletkenin ve mesnet demirinin tutturulduğu kısımdır. Tutturma yuvası: İzolatör demirinin izolatöre

SÜPER ALAŞIMLAR Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

Transkript:

BALİSTİK LİFLER (Bölüm 1) BALLISTIC FIBERS (Part 1) Arş. Gör. Ahmet ÇAY Ege Ü. Tekstil Mühendisliği Bölümü Tekstil Müh. Z. Evrim KANAT TÜBİTAK Tekstil Araştırma Merkezi* Araş. Gör. Gamze SÜPÜREN Ege Ü. Emel Akın MYO Dr. Tülay GÜLÜMSER TÜBİTAK Tekstil Araştırma Merkezi* Prof. Dr. Işık TARAKÇIOĞLU Ege Ü. Tekstil Mühendisliği Bölümü ÖZET Askeri alandaki hızlı gelişmelere bağlı olarak, balistik koruyucu giysiler giderek önem kazanmaktadır. Balistik koruma, askeri tekstiller için başlıca fonksiyonel özelliklerden birisidir. Balistik koruyucu giysiler, mermilerin ve şarapnel parçalarının kinetik enerjilerini absorbe ederek vücudu korumaktadır. Yüksek mukavemetli kumaşlar, vücut zırhları, uçak ve taşıt araçlarının içyapıları gibi balistik darbelere karşı koruma ile ilgili birçok alanda uygulanmaktadırlar. Balistik koruyucu giysilerde, enerji absorpsiyonunu etkileyen temel parametreler lif cinsi, kumaş konstrüksiyonu, sıklığı ve gramajı, giyside kullanılan kumaş katlarının sayısıdır. Bu amaçla kullanılacak liflerin yüksek mukavemetli, yüksek modüllü ve düşük elastikiyete sahip olması gerekmektedir. Günümüzde balistik koruyucu giysilerde en çok tercih edilen lifler para-aramid lifleridir. Bunların yanı sıra yüksek molekül ağırlıklı polietilen lifleri de ticari olarak önem kazanmıştır. Ayrıca tam aromatik poliester lifleri, PBO ve PIPD gibi balistik amaçlı kullanılan lifler bulunmaktadır. Bunların yanı sıra, araştırmaların yoğun olarak devam ettiği ve balistik koruma amaçlı olarak da kullanım olanakları üzerinde durulan karbon nanotüpleri ve örümcek ipeği lifleri de, bu alanda gelecek vaat etmektedirler. Bu makalede, tekstil materyallerinin balistik koruma mekanizması, bu kumaşlarda kullanılan lifler ve tekstil ürünlerinin balistik koruma performanslarının karşılaştırılmasında kullanılan yöntem hakkında bilgi verilmektedir. Anahtar Kelimeler: Balistik koruma, yüksek modül, enerji absorpsiyonu, para-aramid lifleri, yüksek molekül ağırlıklı polietilen lifleri ABSTRACT Ballistic protective clothes are of great importance depending on the rapid developments in military area. Ballistic protection is one of the main functional characteristics of military textiles. Ballistic protective clothes protect the body by the absorption of the kinetic energy of the bullets and shrapnel. High strength fabrics are used in many industrial areas in connection with ballistic protection such as body armors, inner parts of plane or vehicles. The main parameters that affect the energy absorption are the fiber type, fabric construction, tightness and mass per unit area of the fabric and the number of the fabric layers used in the clothing material. The fibers used for this purpose should have high tenacity, high modulus and lower elasticity properties. Recently, para-aramid fibers are the most used fibers for ballistic protective clothes. Along with para-aramids, high molecular weight polyethylene fibers also are of importance commercially. Also, there are fibers for ballistic protection such as wholly aromatic polyester fibers, PBO and PIPD. Also, carbon nanotubes and spider silk fibers are thought to have great potential applications for ballistic-resistance materials with their remarkable properties. This article presents information about the ballistic protection mechanism of textile materials, the fibers used in those fabrics and the method, which is used to compare ballistic resistance of textile materials. Key Words: Ballistic protection, high modulus, energy absorption, para-aramid fibers, high molecular weight polyethylene fibres * 31.12.2006 tarihi itibariyle faaliyetlerini durdurmuştur 1. GİRİŞ Balistik koruyucu giysiler, insanları ve ekipmanlarını her türlü patlayıcı, delici, kesici tehlikelere karşı koruma amacını taşımaktadır. Yüksek mukavemetli kumaşlar, vücut zırhları, uçak ve taşıtların iç yapıları gibi balistik darbelere karşı koruma ile ilgili bir çok alanda uygulanmaktadırlar. Yüksek mukavemetli liflerin üretilmesi ile birlikte, yüksek mukavemetli kumaş zırh sistemlerinde büyük gelişmeler sağlanmıştır. Özellikle çarpışma enerjisini absorbe eden materyallerin geliştirilmesi ve tanımlanması konusu büyük önem kazanmıştır. Darbe enerjisini absorbe edebilen materyaller olarak kumaşlar ve esnek lif takviyeli kompozitler, kurşun geçirmez yeleklerde ve diğer vücut zırhlarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu materyallerin kişisel koruma amaçlı olarak uygulanması için ise bu materyallerin ve bunların bileşenlerinin mekaniksel tepkilerinin anlaşılmasına yönelik daha ileri bilimsel yaklaşımların oluşturulması gerekmektedir (1). Birey için uygun korunma seviyesini sağlamak mümkündür. Korumayı yönlendiren sınırlayıcı faktörler: ağırlık, hacim, sertlik ve vücut zırhının sebep olduğu fizyolojik rahatsızlıkla ilişkilidir. Belirlenen bu sınırlamalarla, tekstil yapılarının istenen düşük gramaj, esneklik ve konfor özelliklerini sağlamasının önemli olduğu anlaşılmaktadır. Balistik tekstil koruyucular, düşük hızdaki mermilere karşı koruma sağlayabilmekte, ama özellikle 5,56 mm, 7,62 mm ve hatta 12,7 mm çapındaki yüksek hız mermileri gibi tehlikelere karşı koruma sağlayamamaktadırlar. Tekstil zırhları; savaş başlıkları ve mermi kovanlarının patlamasıyla yüksek hızla fırlatılan küçük, keskin ve iğne şeklinde parçalara karşı da etkili değildir. Bu yüksek hızdaki cisimler için, metal bileşim ve seramiklerle yapılan şekilli levhalar kulla- 232 TEKSTİL ve KONFEKSİYON 4/2007

nılarak kalp gibi hayati organların üstüne yerleştirilmektedirler (2). Balistik koruma, mümkün olduğu kadar kısa bir mesafe içinde mermileri tutmayı içermektedir. Dolayısıyla çok yüksek dayanıma ve düşük elastikiyete sahip olan yüksek modüllü tekstil liflerinin kullanımını gerektirmektedir. Düşük elastikiyet vücudun yaralanmasını ve vuruştan sonra koruyucu paketin neden olduğu ezme ve travmaları önlemektedir (2). Balistik kumaşların üretiminde kullanılan yüksek mukavemetli lifler aramid (Kevlar, Twaron, Technora), yüksek-molekül-ağırlıklı polietilen (Spectra, Dyneema) ve PBO (Zylon), PIPD (M5 ler olarak da bilinmektedir) lifleridir (3-7). Bu lifleri içeren kumaşlar, kompozitler ve kaplamalar, metallere ve seramiklere kıyasla daha hafif olduklarından, birim ağırlık başına performansları çok daha yüksektir (6). Düşük ağırlıklı olmalarının en büyük avantajı, kullanıcının hareketlerini sınırlandırmamasıdır. Kompozit panellerde kullanılan lifler ise karbon, cam ve seramik lifleridir. Bunlara ilaveten kompozit malzemelerin bileşenleri olarak poliamid, poliester ve polipropilen lifleri de kullanılabilmektedir. 2. TEKSTİL MATERYALLERİNİN BALİSTİK KORUMA MEKANİZMASI Tekstil materyallerinin kurşun ve diğer balistik malzemeleri durdurma mekanizmaları üzerine bir çok kapsamlı çalışma bulunmaktadır. Bu amaçla kullanılan tekstil materyalleri dokuma kumaşlar, tek yönlü tabakalar, lif takviyeli kompozit paneller ve dokusuz yüzeylerdir. İğneleme yöntemi ile fikse edilmiş dokusuz yüzeylerin balistik enerji absorbsiyon mekanizmaları dokuma kumaşlarınkinden farklıdır. Dokuma kumaşlarda ve tek yönlü tabakalarda, mermi enerjisinin büyük bir kısmı darbe alanında bulunan liflerin fazla gerilim nedeniyle kopması için kullanılmaktadır. Bunun nedeni dokuma kumaşlarda bulunan iplikler ve liflerin kesişme noktalarının fazla olmasıdır ve dolayısıyla balistik darbe altında kalan serbest olmayan lifler maksimum seviyede uzamakta ve kopmaktadırlar. Ayrıca mermi gibi balistik malzemeler kumaş içerisine işleyerek liflerin ve ipliklerin yerini değiştirmektedirler. Dokuma kumaşların tersine, dokusuz yüzeylerde daha az lif kopuşu gerçekleşmektedir. Daha çok kısa kesikli liflerden üretilen bir dokusuz yüzeyde, liflerin kesişme noktaları daha azdır ve dolayısıyla liflerin serbest hareket etme yeteneklerinin daha yüksek olduğu ifade edilmektedir. Dokusuz yüzeylerde enerji absorbsiyonu, hareket eden lifler nedeniyle sürtünme ile ilişkilidir. Bu nedenle dokusuz yüzeylerde balistik performansa etki eden en önemli lif özelliği, dayanımdan ziyade modüldür çünkü modül, öz kütle ile birlikte lif içerisinde yayılan gerilme dalgasının hızını belirleyen parametrelerden birisidir (6). 3. BALİSTİK KUMAŞ TİPLERİ VE KOMPOZİSYONLARI Balistik kumaşların büyük çoğunluğu, gevşek bezayağı dokuma kumaşlardan üretilmektedir. Minimum bükümlü multi-filament iplikler en iyi sonucu vermektedir. Gevşek dokuma konstrüksiyonu, balistik giysiler için ideal olan hafif ve esnek bir kumaş sağlar. Ancak, gevşek dokumada merminin iplikler arasından kayma ihtimali vardır. Ayrıca, belli bir oranda hacim de gereklidir çünkü balistik direnç toplam alan yoğunluğuyla artmaktadır. Balistik korumanın iyi bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için balistik plakanın genellikle 5 ile 20 kat arasında birçok kumaş katından imal edilmesi gerekmektedir. Şekil 1, mermi ya da parçanın yakalandığı noktada balistik paketin iç tabakasını göstermektedir. Kurşun geçirmez Şekil 1. Mermiyi durduran balistik plaka Lif cinsi Tablo 1. Balistik korumada kullanılan lifler yelekte, her bir tabaka bağımsız olarak hareket edebilmelidir. Balistik plakaya belirli derecede esneklik sağlamak için, çizgi ya da kare kapitone şeklinde dikilmelidir. Bu giyen kişinin eğilmesine, dönmesine ve kollarını hareket ettirmesine olanak tanımaktadır (2). Genel olarak bir balistik panel, katlar halinde balistik kumaşlardan ve taşıyıcı olarak görev yapan bir normal kumaştan oluşmaktadır. Bu tip bir kumaş yapısına bir kurşun çarptığında yavaşlatılmakta ve çarpma enerjisi: kumaş kinetik enerjisi, kumaş uzama enerjisi, mermi deformasyon enerjisi ve sürtünme ile açığa çıkan enerjiye dönüşmektedir. Balistik panelin darbe direnci, darbe bölgesinde enerji absorbe edebilme yeteneğine ve bu enerjiyi darbe bölgesinin dışına yayabilme özelliklerine bağlıdır. Bu özellikler ise; lif yoğunluğu ve modülü, dokuma konstrüksiyonu, kumaşın yüzey alanı, kumaş katlarının sayısı, kurşunun şekli, kütlesi ve materyal özellikleri, darbe hızı ve ara yüzeysel sürtünme özelliklerinden etkilenmektedirler (3). Balistik dayanımın artırılması için kumaş kat sayısı artırılabilir, ancak bu durumda giysinin ağırlığı da artmaktadır (4). Bir balistik tekstilin, balistik direncinin artırılması ve aynı zamanda ağırlığının ve rijitliğinin sabit tutulması ve hatta azaltılması için balistik panelin darbe etkisi altındaki davranışının iyi bilinmesi gerekmektedir. Bunun anlaşılabilmesi için ise, balistik panelin yapı elemanları olan tek kat kumaşın, ipliğin ve liflerin darbe altındaki davranışlarının anlaşılması büyük önem taşımaktadır (3). Özellikle lifler ve kumaş yapısı, balistik tekstilin darbe direncini belirleyen temel faktörlerdir (6). 4. BALİSTİK DİRENCE SAHİP TEKSTİLLERDE KULLANILAN LİFLER Balistik korumada en yaygın olarak kullanılan sentetik lifler ve bunların ilgili özellikleri Tablo 1 de sunulmaktadır mukavemeti (g/d) uzaması (%) Modül (g/d) Özgül ağırlık (g/cm 3 ) Poliamid (naylon) 5,9-9,8 15-28 21-58 1,14 Para-aramidler 23-28 2,5-3,5 500-900 1,44 Yüksek modüllü polietilen 30-40 2,5-3,6 1400-2400 0,97 Poli-p-fenilen-2,6-benzobisoksazol (PBO) 40,3 2,5-3,5 1254-1875 1,54 TEKSTİL ve KONFEKSİYON 4/2007 233

(6). Tablo 1 de listelenen lifler, balistik darbe etkisi altında farklı davranışlar sergilemektedirler. Örneğin para-aramid lifleri darbe etkisi altında boyuna yönde fibrilleşmekte veya bölünmektedir. Aramid liflerinin ısıya karşı dirençleri çok yüksektir. Bu nedenle, lif-lif ya da lif-parça sürtünme ısısı nedeniyle erimemektedirler. Tam tersine, HMPE liflerinde, balistik darbe ile ortaya çıkan ısı lif yüzeninin sıcaklığını artırmakta, dolayısıyla buralarda yumuşama ve kalıcı deformasyon oluşmaktadır. Diğer yandan bu enerji absorbsiyon (ısı açığa çıkma) mekanizmasının, HMPE liflerinin balistik direncini artırabileceği de ifade edilmektedir (6). Mevcut balistik koruyucu tekstillerin kalınlığı ve yüzey yoğunluğu, kullanıma uygunluk ve nefes alabilirlik açısından bazı kısıtlamalar getirmektedir. Lif özelliklerinin geliştirilmesine devam edilirken, enerji absorbsiyonunun maksimize edilebilmesi için alternatif kumaş yapılarının geliştirilmesinde fayda görülmektedir (6). 4.1. Aramid Lifleri Aramid lifleri aromatik poliamid lifleridir. Amid bağlarının ( CO NH ) en az % 85 i direkt olarak iki aromatik halka arasında bulunmaktadır. Aramidler bir amin grubu ile bir karboksilli grubunun reaksiyonu sonucu elde edilmektedir. Basit bir AB homopolimeri (NH=A, CO=B) aşağıdaki gibi şematize edilebilmektedir: nnh 2 Ar COCl [NH Ar CO] n + nhcl A B Polimerler daha ziyade ara yüzey polimerizasyonu ve düşük sıcaklık polikondenzasyonu gibi yöntemlerle elde edilmektedirler. Eriyik, ya da buhar fazında polimerizasyon reaksiyonlarından da bahsedilmektedir. AABB aromatik poliamidler çeşitli aromatik diaminler ve diasitler veya diasitklorürlerden üretilmektedirler. AABB polimerleri metaaramidler ve para-aramidler olmak üzere iki sınıfta incelenmektedir. Paraaramidlerde aromatik grup 1. ve 4. karbon atomları üzerinden zincire dahil olmaktadır. En basit formu poli p-fenilentereftalamid dir ve piyasada Kevlar ve Twaron lifleri olarak bulunmaktadırlar. Meta-aramidlerde aromatik grup 1. ve 3. karbon atomları üzerinden zincire dahil olmaktadır. Nomex adı altında ticarileştirilen bu lifler, poli-m-fenilenisoftalamid yapısındadırlar. Şekil 2 de para ve meta-aramidlerin kimyasal yapısı sunulmaktadır Meta-aramid lifleri düşük oryantasyon derecesi nedeniyle düşük modüllü olduklarından balistik koruma ürünlerinde tercih edilmemektedirler. Şekil 2. Para-aramid (Kevlar ) ve metaaramid (Nomex ) in kimyasal yapıları PPTA yapısındaki aramidler genellikle düşük-sıcaklık polikondenzasyon rekasiyonu ile p-fenilendiamin ile (PPD) tereftaloilklorür den (TCl) elde edilmektedirler. Polikondenzasyon reaksiyonu Şekil 3 de görülmektedir. Ayrıca tereftalik asit ve p-fenilendiamin in polikondenzasyonu ile de eldesi mümkündür. Normal para-aramid liflerinin yanı sıra, üretimleri esnasında komonomer kullanılan aromatik kopoliamidler de mevcuttur. Tam ya da kısmi aromatik kopoliamidler, alkilaril grupları veya diğer çiklik ve heteroçiklik gruplar içerebilmektedirler Bunlardan en önemlisi Teijin tarafından geliştiren Technora dır. Şekil 3. Düşük sıcaklık polikondenzasyonu ile PPTA sentezi Aramid liflerinin lif çekim çözeltileri sıvı kristalin yapısı göstermektedirler. Lif üretiminin ilk adımı % 100 lük sülfürik asit ile hazırlanan lif çekim çözeltisinin 80 o C a ısıtılmasıdır. Bu sıcaklıkta, ağırlıkça %10 civarındaki polimer konsantrasyonunun üzerindeki konsantrasyonlarda çözelti sıvı kristalin faza tekabül etmektedir. Çubuk-benzeri polimerler rijit olduklarından, kendilerini birbirlerine göre oryante etmektedirler (Şekil 4). Burada β, normale göre oryantasyon açısıdır Şekil 4. Sıvı kristalin çözeltinin şematik gösterimi (kalın çizgiler PPTA moleküllerini göstermektedir) Lif çekim çözeltisi düzeden geçtikten sonra bir hava boşluğundan geçmektedir. Burada koagulasyon banyosuna giriş hızı artmakta ve kristaller kısmen paralel hale gelmektedir. Sadece soğuk sudan oluşan koagulasyon banyosunda katılaşma sağlanmaktadır. Lif çekimi sonunda çok yüksek bir oryantasyon sağlanmaktadır (oryantasyon açısı 12 o den az), ancak daha sonra gerilim altında çok kısa sürelerde bir art-ısıl işlem yapılarak kristalizasyon artırılmaktadır. Isıl işlem sonrasında oryantasyon açısı 9 o nin altına düşmektedir Şekil 5. Kuru jet-yaş lif çekim yönteminde sıvı kristalin çözeltisinden lif çekiminin şematik gösterimi Para-aramid lifleri, yüksek modülleri ve yüksek sıcaklığa dayanıklı olmaları nedeniyle balistik koruma amaçlı olarak kullanılmaktadırlar. Merminin kinetik enerjisinin absorbsiyonu, enine ve bo- 234 TEKSTİL ve KONFEKSİYON 4/2007

yuna dalga yayılması ve sürtünme nedeniyle enerji dönüşümüne bağlıdır. Darbe enerjisinin %50 si kadarının dalga yayılması sayesinde absorbe edildiği ifade edilmektedir. Dalga yayılma hızı, lif modülünün kare kökü ile doğru orantılı ve lif öz kütlesinin kare kökü ile ters orantılıdır. Bu nedenle yüksek modüllü para-aramid lifleri çok uygundur. Örneğin, para-aramidlerde dalga yayılma hızı 8000 m/s civarındadır ve bu değer poliamidden dört kat daha yüksektir. Bununla birlikte yüksek dalga yayılma hızları sağlayan çok yüksek bir modül, tek başına yeterli değildir. Örneğin, karbon liflerinin kırılganlığı, balistik kumaşlarda kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Böylece liflerin darbe etkisi ile deformasyonu ve uzaması da büyük önem taşımaktadır. Kurşun penetrasyonundan önce ve darbe etkisiyle liflerin ve/veya kumaş yapısının maksimum uzamasından sonra, merminin kumaş/mermi ara yüzeyindeki sürtünme kuvvetlerini yenebilmesi için de ek bir enerji kaybı gerekmektedir. Bu nedenle sürtünme kuvveti de balistik korumada önemli bir faktördür. Elbette çarpma esnasında darbe alanında büyük bir ısı açığa çıkmaktadır. Diğer polimerlere göre para-aramidlerin termal dirençleri oldukça yüksek olduğundan, kullanımları daha uygundur Şekil 6. (a) Poliamid 6 (b) PPTA liflerinin içyapısının şematik gösterimi Tip Tablo 2. Aramid Tipleri Dayanım (mn/tex) Modül (N/tex) uzaması (%) Kevlar 29 2030 49 3,6 Kevlar 49 2080 78 2,4 Kevlar 149 1680 115 1,3 Nomex 485 7,5 35 Twaron 2100 60 3,6 Twaron Yüksek 2100 75 2,5 Modüllü Technora 2200 50 4,4 4.1.1. Kevlar Lifleri Kevlar, DuPont ta 1965 yılında Stephanie Kwolek ve Herbert Blades adlı bilim adamları tarafından geliştirilen ve yüksek performanslı koruyucu giysilerin yapımında kullanılan bir para-aramid lifidir. Hafif, ancak dayanıklı kumaşlar üretilmesine olanak tanımaktadır (9). Kevlar lifleri yukarıda bahsedildiği gibi, kuru jet-yaş lif çekim yöntemine göre elde edilmektedir. Şekil 7. Kevlar lifleri (10) Kevlar lifleri, düşük ağırlıkta yüksek mukavemet, yüksek modül ve kesilmeye karşı yüksek dayanım göstermektedirler. Elektrik iletkenliği düşüktür, yüksek sıcaklığa ve kimyasallara karşı yüksek dayanıma sahiptir, sıcaklıkla büzülmesi azdır ve yüksek boyutsal stabilite göstermektedir (9). Bu nedenle Kevlar lifleri, mayından koruyucu botlar, eldivenler, kurşun geçirmez yelekler ve miğferlerde kullanılan kompozitler başta olmak üzere, balistik koruma ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Kevlar liflerinin, Kevlar 29, 49 ve 149 olmak üzere üç tipi mevcuttur. Kevlar 149 ın kristalinitesi diğerleri ile kıyaslandığında daha yüksektir dolayısıyla dayanımı en yüksek olan Kevlar tipi de budur. Kevlar 29 ise en düşük kristaliniteye, dolayısıyla en düşük dayanıma sahiptir. Şekil 8 de liflerin 285 ev de elde edilen x-ışını mikrografları görülmektedir. Burada kelebek deseninin netliğinin azalması, oryantasyonun azaldığını göstermektedir. Kevlar 29 en az oryantasyon gösteren tiptir. Yapılan araştırmalarda Kevlar 149 un, 49 dan 1,6 kat; 29 dan 2,3 kat daha fazla oryante olduğu ifade edilmektedir (11). Kevlar 29, 49 ve 149 liflerinin fiziksel özellikleri Tablo 2 de gösterilmektedir Kevlar 29 un dayanımı ve modülü, cam liflerininkine (S veya E) eşdeğer iken, öz kütlesi neredeyse cam liflerinin yarısı kadardır. Bu nedenle daha hafif bir kıyafet için kompozitlerde cam lifleri yerine Kevlar kullanılabilmektedir. Bunun yanı sıra Kevlar lifleri cam liflerinden oldukça daha pahalıdır. Kevlar lifleri nem absorbe edebildiklerinden, Kevlar takviyeli kompozitler, cam liflerinden yapılan kompozitlere göre çevre şartlarına karşı daha hassastırlar. dayanımı ve modülünün yüksek olmasına rağmen, sıkıştırılabilirlik değerleri nispeten zayıftır. Bunun yanı sıra, Kevlar kumaşların kesilmesi oldukça zordur (12). 4.1.2. Twaron Lifleri Twaron, Teijin firmasının piyasaya sürdüğü aramid lifidir. Para-aramid yapısındaki polimerlerden oluşan Twaron lifleri de, yüksek enerji absorblayabilmesi nedeniyle balistik koruma ürünlerinde kullanılmaktadır ve şu anda para-aramid lifleri içerisinde Kevlar dan sonra en büyük pazar payına sahip olan liftir (13). Şekil 9 da Twaron filamentleri görülmektedir (14). Şekil 8. Kevlar 149, 49 ve 29 liflerinin 285 ev de elde edilen x-ışını mikrografları TEKSTİL ve KONFEKSİYON 4/2007 235

Şekil 9. Twaron lifleri Twaron liflerinin piyasada, 1100 dtex inceliğinde Twaron standart, daha yüksek dayanımlı Twaron CT ve 930 dtex inceliğindeki Twaron CT Microfilament olmak üzere, üç çeşidi bulunmaktadır. Bu liflere ait V 50 ölçüm değerleri, Şekil 10 da verilmektedir. Twaron CT mikrofilamentlerinden yapılan iplikte, standart Twaron la üretilen aynı ağırlıkta bir ipliğe göre %50 daha fazla para-aramid lifi olduğu belirtilmektedir. Standart kumaşla kıyaslandığında, aynı enerji absorblama seviyesine sahip Twaron CT Microfilament daha hafiftir. Bu nedenle Twaron CT Microfilament liflerinin giyilebilirlik ve giyim konforu değerlerinin daha iyi olduğu ifade edilmektedir (15). 4.1.3 TECHNORA LİFLERİ Şekil 10. Çeşitli Twaron liflerinin kinetik enerji absorbsiyonları Şekil 11. Technora polimerlerinin kimyasal yapısı Technora lifleri Teijin firmasının geliştirdiği yüksek mukavemetli liftir. Yukarıda da bahsedildiği gibi, diğer aramid liflerinden farklı olarak, bunlarda makromolekül üretiminde komonomer ilavesi yapılmaktadır. Şekil 11 de kimyasal formülü gösterilen Technora, PPD ve 3,4 -diaminodifenileter in tereftaloilklorür ile reaksiyonu sonucu elde edilmektedir Technora liflerinin modülü Kevlar a yakın olup, aşınma dayanımı daha iyidir, ancak bu lifler Kevlar dan çok daha pahalıdırlar. Technora nın avantajı hidrolize dayanıklı olmasıdır. Technora nın yapısında bulunan eter bağları, lifin diğer aramid liflerine göre daha esnek olmasını sağlamaktadır (16). (Devam edecek) DERGİMİZİN WEB ADRESİ http://www.tekstilvekonfeksiyon.com 236 TEKSTİL ve KONFEKSİYON 4/2007