BALİSTİK ÇALIŞMALARDA KULLANILAN HAMMADDE VE

BALİSTİK ÇALIŞMALARDA KULLANILAN HAMMADDE VE

BALİSTİK ÇALIŞMALARDA KULLANILAN HAMMADDE VE KOMPOSİTLER
Askeri amaçlı balistik koruma çeşitli büyüklükte hızda ve şekilde son teknoloji silah , mermi ve
fragmantlara karşı vücut ve başın korunmasını içerir. Genellikle vücut korunmasında kurşun geçirmez
yelek veya çelik yelek diye tabir edilen koruyucu giysiler aslında yüksek performanslı ipliklerden
dokunmuş kumaşların çok katlı olarak kevlar elyaf takviyesi ile kullanılmasıyla meydana getirilirler.
Bu yeleklerin balistik koruma özelliği ise mermi veya fragmantların enerjisini kendi üzerlerine yayarak
azaltma ve noktasal etkiyi 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.
Kumaşta enerjinin hızlı yayılması lifler arasındaki bağlantı noktalarının ne kadar çok olduğuna
bağlıdır. Bağlantı noktalarının çok olması enerjinin daha hızlı ve kolay yayılabilmesini sağlar. Bundan
dolayı genellikle balistik amaçla en çok tercih edilen kumaş konstrüksiyonu bezayağı dokumadır.
Çünkü bezayağı dokuma*da hem yüksek sıklık elde edebilmekte hem de iplikler arası bağlantı sayısı
maksimum düzeyde tutulabilmek*tedir. Ani darbe enerjisinin geniş bir alana yayılması merminin
noktasal etkisini kaybetmesine ve delicilik etkisinin azalmasına neden olmaktadır. Bununla beraber
son dokuma teknolojisinde yeni örgü tipleri bu delicilik etkisini daha da azaltarak giysinin
arasına konan kevlar elyaf takviyesine ihtiyaç duyurmamakta olup koruyucunun daha rahat
taşınabilirliliğini arttırmıştır .
Balistik koruyucu giysilerde mevcut olması gereken iki önemli özellik birbirleriyle tezattırlar:
1-Kumaş katsayısının ve kumaş gramajının artışıyla doğru orantılı olarak artan balistik performans
2-Giysinin hafifliği kolay taşınabilirliği ve konforu.
Balistik koruma performansı kumaş gramajına ve yelekte kullanılan katman sayısına bağlı olarak artar.
Ancak bununla birlikte yeleğin ağırlığı da artar ve aynı zamanda maliyeti yükselir. Bu iki özellik
birbirleriyle tezattırlar ve mutlaka her yelek tipi için doğru bir şekilde optimize edilmelidir.
Balistik koruyucu sistemlerin enerji absorbsiyon özelllikleri üzerinde etkili olan faktörleri kullanılan lifin
özellikleri kumaş konstrüksiyonu kumaş sıklığı gramajı kaç kat kumaş kullanıldığı atılan
merminin büyüklüğü şekli vuruş hızı ve vuruş açışı olarak sayabiliriz.
Balistik darbenin mekaniği 2. Dünya Savaşından bu yana yapılan çalışmalarda detaylı olarak
araştırılmaktadır. Bir merminin darbe etkisi ile tek bir iplik V şeklinde bir katlanma gösterir aynı
uygulama ipliğe değil de bir kumaş katmanına tatbik edildiğinde kumaş katmanı mermi doğrultusunda
çadır tepesi formunu alır. Darbe anında darbenin yapıldığı noktadan hızın etkisine bağlı olarak bir
şok dalgası meydana gelir ve artarak diğer taraflara doğru yayılır. Ani darbenin meydana getirdiği bu
şok dalgasının etkisine bağlı olarak kumaş yapısındaki iplikler darbenin yapıldığı noktanın etrafında
enine yönde hareket ederek darbenin yönünü saptırırlar. Tek bir iplikte boyuna yönde şok dalgasının
hızı materyalin elastik modülünün kareköküne eşinir. Benzer olarak çok katlı bir balistik koruyucu
sistemde darbenin yapıldığı noktadan itibaren şok dalgası enine ve boyuna yönde yayılarak etkisi
azalır.Tek katlı Kevlar 29 kumaşın enerji absorbsiyonu merminin hızı sistemin balistik dayanım
limitini geçmeye başladığı andan itibaren hızla azalmaya başlar. Çok yüksek hızlarda ise yavaş ve
tedrici bir azalma vardır ancak bu kısım kumaşın balistik dayanım limitinin çok üzerinde olduğu için
dikkate alınmamalıdır. Balistik dayanım limiti mermi hızına bağlı olarak açıklanır ve merminin
kumaştan geçmeye başladığı hız ile tanımlanır. Birbirine bitişik iplikler üzerinde ani darbe şokunun
konumu enine yönde şok dalgalanmasının yayılma hızına ve kumaştaki atkı ve çözgü ipliklerinin
kalınlığına bağlıdır. Boyuna yönde şok dalgasının yayılma hızı dokuma kumaşın hammaddesine ve
kumaş konstrüksiyonuna bağlıdır. Burada önemle vurgulanması gereken şey; kumaşın balistik özelliği
büyük ölçüde kumaşı meydana getiren ipliklerin balistik özelliğine bağlı olmasıdır.Yani yukarıda
belirtilen parametreler içinde en önemlisi kumaşı meydana getiren ipliklerdir. Balistik dayanım özelliği
olmayan bir iplikten yapılmış kumaş diğer tüm şartlar sağlansa bile balistik özellik göstermeyecektir.
Merminin vurduğu noktada ipliklerin sağa-sola kayması o noktadaki balistik dayanım özelliğim azaltır.
Eğer ipliğin iplik sürtünme düşükse bu özellik daha kolay meydana gelir ve dolayısı ile kumaşın balistik
dayanımı oldukça düşük olur. Bu durum balistik özelliklerin kumaş üzerinde maksimum düzeyde
sağlanabilmesi için hammaddenin yanı sıra iplik yüzey özelliklerinin dokuma konstrüksiyonunun ve
sıklığının ne kadar önemli olduğunu göstermekledir.
BALİSTİK KORUMA AMAÇLI KULLANILAN LİF VE KUMAŞLAR
Balistik koruma amaçlı kullanılan ilk tekstil materyalleri balistik dayanıma sahip naylon kumaşlardı.
Bunlar çok katlı olarak fragmantlara karşı korunma amacıyla kullanılırlardı. Bu tür fragmantasyon
yelekleri sadece düşük hızlı mermi ve fragmantlara karşı koruma sağlayabilirler ve en büyük
dezavantajları gerekli koruma düzeyine ulaşabilmesi için çok sayıda katman kullanılması
zorunluluğundan dolayı çok ağır olmalarıdır. Ayrıca naylonun ıslanmaya karşı hassas olması ve bu
nedenle mukavemetini kaybetmesi nedeniyle balistik özelliği azalmaktaydı .
Özellikle askeri alanda daha yüksek hızlı ve tehlikeli mermilere karşı korunma ihtiyacı bu balistik
koruyucu materyallerin geliştirilmesi konusunda çok teşvik edici olmuştur. Özellikle yüksek
performanslı liflerin ve esnek kompozit malzemelerin üretiminde sağlanan gelişmeler balistik koruma
amaçlı birçok yeni ürünün ortaya çıkmasını sağlamıştır. Günümüzde en yaygın bilinen ve kullanılan
balistik koruyucu tekstil materyali para-aramid lifleridir. Para-aramidlerin ise en yaygın üretilen ve
kullanılan tipi DuPont' un ürettiği Kevlar lifleri ve Akzo İnd. Fibers' in ürettiği Twaron lifleridir. Bunların
yanısıra Teijin firmasının ürettiği Technora lifleri de bu gruba girmektedir ancak henüz ticari olarak
önemli bir pazar payına sahip değildi.
Para-aramidlerin yanısıra balistik amaçlı kullanılan diğer yüksek performanslı lif türü UHMW (Çok
Yüksek Moleküler Ağırlıklı) polietilen lifleridir. Bunlardan ticari olarak en fazla öneme sahip olanları
Allied Signal firmasının ürettiği Spectra ve DSM firmasının ürettiği Dyneema lifleridir. Bunların yanısıra
pazar payı olmamakla birlikte Mitsiu Chemical firmasının ürettiği Tekmilon lifleri de bu gruba dahildir.
Balistik dayanım gösteren diğer bir lif türü de Hoechst firmasının ürettiği likit kristal polimer esaslı
Vectran lifleridir. Ancak bu lifin balistik alanda kullanımı çok yaygın değildir.
Balistik lif konusunda son yıllarda yaşanan en önemli gelişme Toyobo firmasının ürettiği Zylon ticari
ismi ile bilinen PBO lifleridir. Bu liflerin balistik dayanımları şu ana kadar mevcut liflerden çok
yüksektir ve bu liflerden yapılan yelekler mevcut yelekler içinde en hafif kategoriye girmekledirler.
Ancak kullanımı yüksek maliyetinden dolayı yaygın değildir.
Para-aramidlerden yapılmış koruyucu yelekler daha hafif ve daha az hacimli olmalarının yanısıra
koruma özellikleri çok büyük oranda artmıştır. Aynı şekilde para-aramidlerden yapılmış kompozit
plakalar veya miğferlerde de koruma özelliği artmış ve ağırlıklar azalmıştır. Bu nedenle özellikle miğfer
yapımında ve kompozit plakaların yapımında para-aramidler tama*men çeliğin yerini almışlardır.
Naylon'dan yapılmış bir yelek aynı düzeyde korumaya sahip para-aramid bu yelekle kıyaslandığında
para-aramid yeleğin % 40 daha hafif olduğu bilinmektedir.
Merminin enerjisinin tamamı balistik koruyucu yelekteki kumaşlar tarafından balistik limit sınırına
kadar absorbe edilir. Mermi hızı balistik limite ulaşınca balistik koruyucu yeleğin enerji absorbsiyon
özelliği hızla azalır. Kumaşta mermi darbesinin meydana getirdiği şok dalgasının yayılma hızı azalır
şok dalgası vuruş noktasından itibaren çok az bir mesafeye yayılabilir.
Kevlar KM2 DuPont tarafından üretilmiş olan balistik koruma özelliğine sahip en son para-aramid
tipidir. Kevlar 29' un 22 g/denye mukavemetine karşın Kevlar KM2 28 g/denye mukavemete sahiptir.
Enerji yayma özelliği oldukça iyidir.
Twaron Akzo tarafından üretilen para-aramid türüdür ve Kevlar 29 ve Kevlar 129 lifleri ile benzer
özellikler gösterir. En son geliştirilen Twaron 2000 serisi çok iyi balistik özelliklere sahip olmasının
yanısıra yumuşak tuşesinden dolayı konfor hissi yüksektir.
UHMW polietilen liflerinden Spectra lifleri gel-spinning metodu ile üretilirler. Çok yüksek mukavemet ve
iyi kimyasal dirence sahiptirler. Spectra 900 ve Spectra 1000 olmak üzere iki tipi mevcuttur. Spectra
lifleri balistik uygulamalarda kumaş olarak değil Uni Directional diye tabir edilen film formunda kullanılır
ipliğin aşırı kaygan olmasından dolayı dokunması oldukça zordur. Ayrıca dokunmuş kumaşın balistik
dayanımı da düşüktür. Bu yüzden Spectra lifleri birbirlerine 90° lik açılarda üst üste serilirler ve esnek
bir polimerik reçine ile yapıştırılırlar. Bu filmler üs üste kullanılarak normal yelek imalatında
kullanılabildiği gibi çoğunlukla ısı ve basınç etkisi altında birleştirilerek balistik amaçlı kompozit plaka
haline getirilirler. Spectra filmler ağırlık açısından para-aramidlere göre önemli ölçüde avantajlıdırlar.
Ancak özellikle askeri amaçlı yeleklerin yapımında travma derinliği yanmazlık özelliği ve fragmanta
karşı dayanımı daha iyi olduğu için para-aramid dokunmuş kumaşlar tercih edilmektedir. Spectra veya
Dyneema filmler ise ağırlık olarak seviye III plakaların yapımında kullanılır. Ayrıca hafiflik avantajından
dolayı araç ve helikopter zırhlamada da tercih edilmektedirler.
DSM tarafından üretilen Dyneema SK 66 balistik amaçlı bir elyaftır. UD 66 tipi uni directional film
katmanların üretiminde kullanılır. UD 66' nın imalatı Spectra filmlerle aynıdır.
Zylon ise yüksek koruma özelliklerine rağmen yüksek maliyetinden dolayı henüz pazarda büyük bir
paya sahip değildir. Ancak balistik özellikleri bakımından mevcut lifler içinde en iyi özelliklere sahiptir.
Balistik uygulamalarda hibrid yapıların kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Aramid kumaşlar UHMW
polietilen filmlerle birlikte kullanılarak daha hafif ve daha esnek yelekler yapılabilmektedir.
ARAMİT NONWOVENLAR
Aramit nonwovenların sağladığı avantajlar; yüksek kimyasal dayanıklılık yüksek uzun süreli sıcaklık
dayanımı tutuşmazlık özellikleri yüksek çekme mukavemeti yüksek tenasite düşük uzamadır.
Meta aramitler Nomex ve Conex para-aramitler Kevlar ve Twaron' dır.
Para-aramitler uzay ve havacılık uygulamalarında özellikle zehirli gazlardan korunma tutuşmazlık
ve ısıl dayanıklılık özelliklerinden dolayı kullanılır. Diğer kullanım amaçları çelik endüstrisinde koruyucu
giyimde ve transformatör ve motorlarda elektrik yalıtımında kullanılır. Aramitler ayrıca spor
malzemeleri halatlar frenler ve kavramalarda kullanılır.
Tutuşmaz özellikli nonwovenlar endüstride ve döşeme sanayiinde kullanılır. Ayrıca ağır gramajlı
aramit nonwovenlar kurşun geçirmez yelekler de kullanılır. Sıcak gaz filtrasyonunda da meta-aramitler
çok kullanılırlar.
Aramit liflerinin nonwoven imalatı sırasında hazırlanma safhaları ve iğneleme işlemi büyük bir dikkat
ve özen ister. Çelikten yüksek olan kopma mukavemeti liflerin düşük hızda taraklanmasını ve
sürtünmeyi önlemek için özel katkı maddeleri kullanmayı gerektirir iğneleme sırasında iğneler de çok
yüksek aşınma dayanımına sahip olmalıdır.