Eyüp YAYLACI

Balistik koruma amaçlı kullanılan ilk lif poliamid lifleridir. Aramid (kevlar) ve yüksek yoğunluklu polietilen (Spectra) balistik korunmada kullanılan temel malzemelerdir.

Tablo 1 Balistik korumada kullanılan lifler

Balistik korumada iki önemli parametre önem kazanmaktadır. İlki liflerin çarpma enerjisini yayma hızlarıdır  ;

V   (m/s)=(E/p)^1/2

V (m/s)=(F/µ)^1/2

Bu formülde F değeri darbe kuvvetini (N); µ boyca yoğunluğu (g/m);E modülü; p ise özgül ağırlığı (specific gravity) ifade etmektedir. Balistik Koruma Kapasitesi (BKK) olarak adlandırılan ikinci özellik ise, aşağıdaki gibi ifade edilmektedir.

BKK=(W*Vson)^1/2

W=(G*s )/2

G = Kopma Mukavemeti (N)

ε:Kopma Uzaması (%)  [6]

Poliamid Lifleri: Balistik amaçlı kullanılan ilk liflerden olan Poliamid lifleri pürüzsüz bir yüzey ve yüksek aşınma direncine sahiptirler ancak; 60 °C’ nin üzerindeki sıcaklıklarda hava ile temas durumunda yüzey renginin bozulması, darbe mukavemetinin düşmesi söz konusudur. Ultraviyole ışınlarına maruz kaldıklarında kopma mukavemetlerinin düşmesi ve yüksek performanslı liflerle kıyaslandığında yüksek mukavemet ve yüksek modüle sahip olamamaları; günümüzde bu liflerin balistik korunma amaçlı tekstil materyallerinde hammadde olarak tercih edilememesinin nedenleri olarak sayılabilir.

Kevlar Lifleri: İleri teknoloji liflerinin en ilginç biri olan Kevlar lifi, kimyasal olarak para fenilendiamin ile teraftalik asidin polikondenzasyonu ile elde edilen bir paraamid liftir. Lif poliparafenilen teraftalamid moleküllerinden oluşur. Moleküler oryantasyonu son derece iyidir. Aromatik halka yapısı sayesinde termal dayanımı oldukça yüksektir. Para konfigürasyonu yüksek mukavemetli ve yüksek Young modüllü olmasını sağlar. Bu özelliklerinden dolayı dış lastik kuvvetlendirmelerinde, balistik uygulamalarda, halatlarda, kablolarda ve yüksek mukavemet, ısısal ve kesilme dayanımı gerektiren koruyucu yapılarda kullanılırlar.

Şekil 2 Kevlar 149, 49 ve 29 liflerinin 285 eV’de elde edilen x-ışını mikrografları

Technora® Lifleri: Technora® lifleri Teijin firmasının ge­liştirdiği yüksek mukavemetli liftir. Yu­karıda da bahsedildiği gibi, diğer ara-mid liflerinden farklı olarak, bunlarda makromolekül üretiminde komonomer ilavesi yapılmaktadır. Şekil 3′de kim­yasal formülü gösterilen Technora®, PPD ve 3,4′-diaminodifenileter’in teref-taloilklorür 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 ara-mid liflerine göre daha esnek olmasını sağlamaktadır.

Şekil 3. Technora® polimerlerinin kimyasal yapısı

Twaron Lifleri: Para-aramid liflerinden en son geliştirilen yüksek performanslı lif grubundan olan Twaron; Teijin firması tarafından üretilmektedir. Enerji yutabilme kapasitesinin oldukça yüksek olması balistik korumada yaygın kullanılmasını sağlamıştır. Hafif ve yüksek mukavemetli bir liftir. Twaron® lifleri Twaron standart, Twaron CT ve Twaron CT Mikrofilament olmak üzere üç’e ayrılmaktadırlar; Bu üç lifin balistik performanslarının kıyaslanışı için yapılan V50 ölçüm sonuçları (0,5 delinme olasılığının olduğu, yani merminin %50 içine girdiği %50 girmediği hız değerini (m/s) ifade etmektedir.) aşağıdaki şekilde sunulmuştur .

Şekil 4 Twaron Lifleri

Şekil 5 Twaron standart,Twaron CT ve Twaron CT mikrofilament liflerinin balistik performanslarının kıyaslanışı

Yapılan araştırmalarda Twaron CT mikro filamentlerinden yapılan iplikte, standart Twaron’la üretilen aynı ağırlıkta bir ipliğe göre %50 daha fazla para-aramid lifi olduğu belirtilmektedir. Twaron CT Microfilament liflerinden üretilen balistik bir yapının Standart kumaşla kıyaslandığında aynı enerji absorblama seviyesine sahip ancak çok daha hafif olduğu, böylelikle giyilebilirlik ve giyim konforu değerlerinin çok daha iyi olduğu ifade edilmektedir .

Dyneema Lifleri: HDPE (high density polyethilene)’den üretilmektedir. Amin grupları içermeyen aromatik halkalar sayesinde suya, neme, birçok kimyasallara,UV ışınlarına,mikroorganizmalara dayanıklıdır.Düşük yoğunluğuna karşın oldukça sağlamdır. Dayanıklılığı yüksek kaliteli bir çelikten 15 kez daha fazla olabilir. Dyneema SK60/SK65, Dyneema SK75, Dyneema SK76 gibi ticari isimlerle üretilirler.

Şekil 6 Dyneema liflerinin bazı özellikleri

Spectra Lifleri: 1980′li yıllarının sonunda Honeywell firması tarafından koruyucu teknoloji (shield technology) amaçlı kullanılan Spectra® lifleri yumuşak ve sert koruyucu dokusuz yüzeyleri şeklinde yaygın olarak balistik tekstillerde kullanılmaktadır. Dokusuz yüzey uygulamasından önce lifler yan yana dizilirler, sonra bu lifler tek bir kat, ince tabaka elde etmek için reçine ile bağlanırlar. Bu şekilde elde edilen iki tabaka 0/90° açı yapacak şekilde üst üste konurlar ve aşınma direncini artırmak için bu tabakanın her iki yüzü film ile kaplanır. Ancak bu liflerden elde edilen dokusuz yüzey kompozitlerin yanma sıcaklığı 357 °C gibi düşük bir değer olduğundan oluşturulan balistik koruyucu yapı güç tutuşur kılıf ile kaplanmalıdır.

Şekil 7 Spectra Koruyucu

PBO (Zylon) Lifleri: 1994 yılında Japon Toyobo firması tarafından piyasaya sürülen PBO (poli-p-fenilenbenzobisoksazol), 4,6-diamino-1,3-benzendioldihidroklorür (DABDO) ile tereftalik asidin (TA), polifosforik asit içerisinde (PPA) polikondenzasyonu sonucu elde edilmektedir. Makromolekül zincirlerinin lif eksenine paralel yerleşmesi sayesinde lif mukavemeti ve modülü oldukça yüksektir .

Şekil 8 Zylon lifinin kimyasal yapısı

Karbon Nano Tüpler :Yassı karbon atomu yapraklarının yuvarlanıp, silindir şekline getirilerek yapılmasıyla oluşan karbon nano tüpler, çelikten yüz kat güçlü, altı kat daha hafiftir. İdeal durumda bir karbon nanotüp, bir (tek katmanlı karbon nanotüp) veya birkaç tane (çok katmanlı karbon nanotüp) silindirik grafit tabakasından oluşur. Çok katmanlı karbon nanotüplerde katmanlar arası mesafe 0,34-0,36 nanometredir. Bu boyut grafitin tipik atomik boşluğuna yakındır. Karbon-karbon bağları 0,14 nanometre uzunluğundadır ve bunlar elmastaki bağlardan daha kısadır. Bu da nanotüpün elmastan daha güçlü bir materyal olduğunu göstermektedir.

Şekil 9 Karbon nanotüplerin yapısı

Şekil 10 Karbon nanotüplerin kopma dayanımlarının diğer liflerle kıyaslanması

Örümcek İpeği Lifleri: Son yıllarda balistik korumalarda kullanılabilirliği araştırılan bu liflerin diğerlerinden farklı olarak doğal bir lif olmaları dikkat çekmektedir. Balistik tekstilde kullanılabilirlik açısından yüksek mukavemetli olmaları önemli bir avantaj olsa da elastikiyetlerinin yüksek olması kullanımda önemli bir sınırlandırma getirmektedir.

Kanadalı Nexia Biotechnologies şirketi, örümcek ipeği genini keçilerin salgı bezlerine yerleştirerek, bu liflerin keçiler yoluyla üretilmesi üzerinde çalışmalar yapmıştır. Keçiden elde edilen sütteki ipek proteini sütten ayrılarak bundan lif çekilmiştir. Bu yolla üretilen lifin gerçeğe oldukça benzer olduğu görülmüştür.. Yapay örümcek ipeği liflerinin yapay tendon ve bağların üretiminde, ameliyat ipliklerinde, kurşun geçirmez yelekler gibi bir çok alanda kullanım alanı bulacağı düşünülmektedir .

Şekil 11 Örümcek ipeği

Kaynaklar:

1. “Yüksek Performanslı Liflerin Balistik Amaçlı Kullanımı” Gizem Karakan 2008

2. “Balistik Lifler” Makalesi Tekstil Ve Konfeksiyon Dergisi 4/2007

Eyüp YAYLACI

Yorum Giriniz