selam arkadaşlar kurşun geçirmez yelek nasıl imal edilir kullnılan malzemeler nelerdir ödevim için araştırıyorumda yardımcı olursanız sevinirim

KİŞİSEL BALİSTİK KORUMA AMAÇLI KURŞUN GEÇİRMEZ YELEKLERİN ÜRETİMİ VE GELİŞTİRİLMESİ


Doç. Dr. Mehmet KARAHAN*
Prof. Dr. Yusuf ULCAY**
Prof. Dr. Recep EREN**


Tekstil Yapılarında Kurşun Geçirmezlik Özelliğinin Tanımlanması
Kişisel amaçlı balistik koruma çeşitli büyüklükte, hızda ve şekilde mermi ve fragmantlara karşı vücut ve başın korunmasını içerir. Genellikle vücut korumasında
kurşun geçirmez yelek veya çelik yelek diye tabir edilen koruyucu giysiler aslında yüksek performanslı ipliklerden üretilmiş tekstil yapılarının çok katlı olarak kullanılmasıyla meydana getirilirler. Bu yeleklerin balistik koruma özelliği ise, mermi veya fragmantların enerjisini kendi üzerlerinde yayarak azaltma ve mermi veya fragmantın delici etkisini yok etme esasına dayanır. Yelekte kullanılan her bir katman merminin enerjisini azaltır. Her bir katmanda merminin ani darbe enerjisi lifler tarafından absorbe edilir ve dokuma kumaş yapısal özelliğinden dolayı diğer liflere iletilerek yayılır. Enerjinin diğer liflere transferi sonraki kumaş katmanlarına da yayılarak devam eder. Bu özellikten dolayı noktasal ani darbe enerjisi çok geniş bir alana yayılarak etkisini önemli ölçüde kaybeder.

Balistik bir darbe karşısında tekstil lifleri veya kumaşlarının temel davranış biçimi, çeşitli deneysel çalışmalarla araştırılmıştır, birçok çalışmada, kumaş sistemlerinin balistik bir darbe karşısında göstereceği davranış, çeşitli matematiksel modeller oluşturularak tahmini olarak tesbit edilmeye çalışılmıştır. Bununla birlikte, mermi-kumaş etkileşiminin çok kompleks bir olay olmasından dolayı, lif özelliklerinden kumaş performansının kesin bir şekilde tahmin edilmesi, özellikle mermi ebatlarının küçük olduğu durumlarda elde edilememiştir. Temel olarak, atılan merminin hızı ve kütlesi, merminin sahip olduğu enerji miktarını belirlediği ve enerji miktarının yüksek olması, daha fazla deformasyona neden olduğu bilinmektedir. Bir dokuma kumaş, balistik darbeye maruz kalırsa, kumaş düzlemine dikey veya düşey doğrultuda deformasyona uğrar. Kumaş katmanlarının üzerine gelen enerji dağıtılarak sönümlenmekte, belirli bir kısım enerji ise malzemenin arka kısmında bir travma çöküntüsüne neden olmaktadır. Kumaşın arka kısmında oluşan travmanın derinliği, kumaş mermiyi geçirmese bile, kullanıcıda iç kanama veya kemik kırılması gibi sonuçlar doğurduğu için önemlidir. Bütün gayretler bu derinliği, minimum düzeye, ağırlığı çok fazla artırmadan getirebilmektir. Şok dalgası kumaş yüzeylerinde yayılması, yayılan enerjinin miktarına bağlı olarak, kumaşı oluşturan iplik ve lifler üzerinde kırılmaya ve deformasyona neden olmaktadır. Dolayısı ile balistik sistem her mermiyi durdurduğunda belirli bir miktar deforme olmakta ve gittikçe dayanımı azalmaktadır.

Balistik Performansı Etkileyen faktörler
Balistik performansı etkileyen en önemli faktör maruz kalınan tehlikenin özellikleridir. Yani maruz kalınan mermi veya fragmantın kütlesi, hızı, malzeme tipi, zırh delici özelliğe sahip olup olmadığı ve uç formudur. Balistik koruyucu sistemin dizaynında ilk olarak bu özelliklerin göz önüne alınması gereklidir. Bu tehlike tipleri Tablo 1’de NIJ standartlarına göre belirtilmiştir.
Kumaşların üzerine gelen enerjiyi sönümleme ve yayma kabiliyeti, kumaşı oluşturan iplik veya liflerin elastik modülü ile ilgilidir. Bu nedenle ipliklerin elastik modülü, çekme mukavemeti ile birlikte balistik performans üzerinde etkili olan ana parametrelerdir. Bu yüzden balistik kumaşların üretiminde yüksek mukavemetli ve yüksek modüllü lifler kullanılmaktadır.

Tablo 1: NIJ standartlarına göre balistik koruma seviyeleri
Koruma Seviyesi Mermi Tipi Mermi Ağırlığı (gr) Mermi Hızı (m/s) Müsaade Edilen Maksimum Deformasyon (mm)
I 0.22 Kalibre 2.6 329 44
0.38 FMJ RN 6.2 322 44
IIA 9 mm FMJ RN 8 341 44
40 FMJ 11.7 322 44
II 9 mm FMJ RN 8 367 44
0.357 Mag 10.2 436 44
IIIA 9 mm FMJ RN 8.2 436 44
44 Mag 15.6 436 44
Kompozit Plaka Kullanılan Koruma Seviyeleri
III 7.62 NATO FMJ 9.6 847 44
IV 0.30 Kalibre AP 10.8 878 44

Günümüzde balistik koruma amaçlı, p-aramid, yüksek moleküler ağırlıklı poletilen lifleri ağırlıklı olarak kullanılmaktadırlar. Bunlara ilaveten günümüzde Zylon (PBO) lifleri, daha hafif ve daha yüksek performanslı yeleklerin yapımında avantajlar sağlamaktadır. Ayrıca ipliklerin mukavemet özelliklerinin yanı sıra kumaş dokuma kostrüksiyonu da önemlidir. Genellikle balistik kumaş dokunmasında düşük bükümlü ve düşük kıvrımlı iplikler kullanılır, kumaş konstrüksiyonunda her doğrultuda eşit özellikler elde edilmesi için gerek çözgü gerek atkı yönünde eşit özelliklerde dokuma konstrüksiyonu oluşturulur. Merminin sahip olduğu enerji kumaşta enine doğrultuda yayılırken, yayılamayan enerji miktarı da dik doğrultuda travma derinliğine neden olmaktadır. İstenilen enerjinin yayılması ve sönümlenmesi, bu sayede dik doğrultuda meydana gelen travma derinliğinin minimum olmasıdır. Her iki doğrultuda meydana gelen oluşan durum çok karmaşık olmakla birlikte, iplik özellikleri ve dokuma konstrüksiyonu ile ilgilidir.

Balistik koruyucu yapıda olması gereken özellikler
Balistik koruma amaçlı yeleklerde mevcut olması gereken iki önemli özellik birbirleriyle tezattırlar: (1) Kumaş kat sayısının ve kumaş gramajının artışıyla doğru orantılı olarak artan balistik performans, (2) Yeleğin hafifliği, kolay taşınabilirliği ve hareket kabiliyetine kısıt getirmemesi.

Balistik koruma performansı kumaş gramajına ve yelekte kullanılan katman sayısına bağlı olarak artar. Ancak bununla birlikte yeleğin ağırlığı ve maliyeti de artar. Bu iki özellik birbirleriyle tezattırlar ve mutlaka her yelek tipi için doğru bir optimizasyon yapılmasını gerektirir.

Balistik koruyucu sistemlerin enerji absorbsiyon özellileri üzerinde etkili olan faktörleri, kullanılan lifin özellikleri, kumaş konstrüksiyonu, kumaş sıklığı, gramajı, kaç kat kumaş kullanıldığı, atılan merminin büyüklüğü, şekli vuruş hızı, vuruş açısı ve atış sayısı olarak sayabiliriz.

Bir merminin darbe etkisi ile kumaşın arka kısmında belirli derinlikte bir deformasyon meydana getirir. Kumaş delinmese bile, bu deformasyon veya çöküntü, yeleği kullanan kişide yaralanmaya hatta ölümlere yol açabilir. Darbe anında darbenin yapıldığı noktadan hızın etkisine bağlı olarak bir şok dalgası meydana gelir ve bu dalga genişleyerek kumaş düzlemi boyunca yayılır. Balistik koruma sistemlerinde, kumaş düzlemi boyunca dalganın yayılma hızı ne kadar yüksek olursa, arka kısımda meydana gelen deformasyon o kadar az olur, yani balistik koruma etkinliği veya performansı artar.
Balistik koruyucu sistemin etkinliği veya performansı açısından, yelekte meydana gelen deformasyon ve şok dalgası yayılma hızı, lif modülü ve yoğunluğuna bağlı olarak aşağıdaki gibi açıklanabilir:

(1)
(2)

Burada, ε, balistik çarpma sonucunda kumaş arka kısmında meydana gelen gerinim, V mermi hızı, E lif modülü, c dalga yayılma hızı ve ρ lif yoğunluğudur. Bu bağıntıdan da görüldüğü gibi, kumaş arka kısmında meydana gelen deformasyonun az olması, kumaşın dalga yayma hızının yüksek olmasına bağlıdır. Kumaşın dalga yayma hızı ise lif modülüne ve lif yoğunluğuna bağlı olarak değişir.

Kumaş üzerinde balistik çarpma sonucu meydana gelen gerilim, σ, gerinim ve modüle bağlı olarak aşağıdaki gibi açıklanabilir:

(3)

Burada k sabit bir değerdir ve 88260 olarak alınır.

Kumaş katmanlarının enerji absorbsiyon kapasitesi, balistik dayanım limiti olarak tanımlanır. Balistik dayanım limiti ise, mermi hızı ve kütlesiyle ilgilidir. Merminin hızı, koruyucu sistemin balistik dayanım limitini aşınca, kumaşın enerji absorbe etme kabiliyeti azalır. Bu durumda yüksek hızlı mermiler için tekstil yapılarına ilave olarak sert kompozit plakaların kullanılması gereklidir.

Çalışmanın Amacı ve Kapsamı
Bu çalışmada, Tablo 1’de gösterilen değişik koruma seviyeleri için, kişisel koruyucu yeleklerin üretim metotları, değişik lif tipleri ve tekstil yapıları ve kompozit yapılar bakımından araştırılacaktır. Çalışmada farklı liflerden yapılmış tekstil yapılarının birbirlerine göre avantajları kıyaslanarak hibrid yapılar oluşturulacaktır. Tekstil yapılarının ve kompozit plakaların üretim metotları belirlenecek ve bu yapıların birbirleriyle, koruma performansı, ağırlık ve maliyet açısından kıyaslanarak optimizasyonu yapılacaktır.

Referanslar

1- Karahan M, Akan H, “Seviye III ve Seviye IV Balistik Koruma İçin Kompozit Panel Tasarımı, Üretimi ve Balistik Özelliklerinin Araştırılması”, Levazım Maliye Sempozyumu Bildiriler Kitabı, 16-17 Kasım 2000.
2- Mehmet Karahan, Abdil Kus and Recep Eren, “An Investigation into Ballistic Performance and Energy Absorbtion Capabilities of Woven Aramid Fabrics” International Journal of Impact Engineering, 35 499–510 (2008).
3- Mehmet Karahan “An Investigation and Comparison into Ballistic Performance and Energy Absorbtion Capabilities of Woven and Unidirectional Aramid Fabrics” Textile Research Journal, 78(8) 718-731 (2008).
4- Mehmet Karahan, Recep Eren and Nevin Karahan “Investigation of Ballistic Properties of Woven-Unidirectional Hybrid Panels According to Energy Absorbtion Capabilities” SAMPE symposium Proceeding CD, Baltimore USA, 3-7 June 2007.
6- Mehmet Karahan, Filiz Gulsoy and Nevin Karahan, “The Determination and comparison of energy propagating behavior of woven and uni-directional para aramid fabrics by 2-D thin plate spline method” SAMPE symposium Proceeding CD, Cincinatti USA, 29 Oct.-1 Nov. 2007.

teşekkür ederim arkadaşım verdiğin bilgi için