Geri Dön

Balistik uygulamalar için nanokompozit nanolif malzeme üretiminin geliştirilmesi

Development of nanocomposite nanofiber materials production for ballistic applications

  1. Tez No: 653017
  2. Yazar: ÇAĞLA GÜL GÜLDİKEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HASAN FERDİ GERÇEL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemical Engineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 166

Özet

Bu çalışmada, çekme mukavemeti, termal kararlılık ve ağırlık tasarrufu açısından sergilediği yüksek performans nedeniyle vücut zırhı uygulamalarında sıklıkla kullanılan poli (p-fenilen tereftalamid) (PPTA) polimeri sentezlenmiştir. Sentezlenen PPTA'nın, yaygın organik çözücülerde çözünmemesi ve yüksek geçiş sıcaklığı dolayısıyla yaygın termoplastik işleme yöntemleri ile şekillendirilememesi gibi işleme zorluklarını ortadan kaldırmak amacıyla N-alkilasyon reaksiyonu ile modifiye edilerek N-bütil PPTA polimeri elde edilmiştir. Sentezlenen polimerler elementel analiz, Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi, 13C-nükleer manyetik rezonans (13C-NMR) spektroskopisi ve X-ışınları kırınım (XRD) yöntemi ile karakterize edilerek kimyasal yapıları doğrulanmış ve PPTA zincirlerine %93-96 yer değiştirme dereceleri (DS) ile bütil gruplarının aşılandığı belirlenmiştir. Çözünürlük testleri sonucunda, N-bütil PPTA'nın, bazı yaygın çözücülerde oda sıcaklığında çözündüğü belirlenmiş ve çözelti halinde poliakrilonitril (PAN) matrisine eklenerek elektroeğirme yöntemi ile farklı oranlarda N-bütil PPTA içeren nanokompozit nanofiber filmler üretilmiştir. FTIR analizi, nanokompozit yapıda polimer bileşenler arasında hidrojen bağı etkileşimleri oluştuğunu göstermiştir. Taramalı elektron mikroskobu mikrografikleri, nanokompozit nanofiber filmlerin katkısız PAN nanofiber filmlere kıyasla boncuksu yapı içermeyen daha homojen nanofiberlerden oluştuğunu ve daha dar çap dağılımına sahip olduğunu göstermiştir. Mekanik testler sonucunda, kütlece %3 N-bütil PPTA içeriği ile katkısız PAN nanofiber filmlere kıyasla çekme mukavemetinin %119 ve kopma uzamasının %266 arttığı belirlenmiştir. Üretilen nanokompozit nanofiber filmler aramid kumaşlar ile birleştirilerek farklı konfigürasyonlarda tabakalı hibrit kompozit zırhlar üretilmiş ve NATO Stanag 2920 standardına göre balistik testleri gerçekleştirilmiştir. Balistik testler sonucunda, nanokompozit nanofiber filmlerin yüksek yüzey alanı/kütle oranları (ortalama fiber çapı: 598 nm) dolayısıyla merminin kinetik enerjisinin dar bir bölgede yoğunlaşmasının önlendiği ve oldukça düşük oranda kütle artışıyla balistik limit hızının (V50) geliştirildiği belirlenmiştir.

Özet (Çeviri)

In this study, poly (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) polymer, which is frequently used in body armor applications due to its high performance in terms of tensile strength, thermal stability and weight saving, was synthesized. N-butyl PPTA polymer was obtained with the modification of the synthesized PPTA by the N-alkylation reaction in order to eliminate the processing difficulties such as insolubility in common organic solvents and incapability of processing by common thermoplastic processing methods due to the high transition temperature. The chemical structures of the synthesized polymers were confirmed by elemental analysis, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C-NMR) and X-ray diffraction method (XRD), and it was determined that the butyl groups were grafted onto the PPTA chains with the substitution degrees (DS) of 93-96%. N-Butyl PPTA was found to be soluble in some common solvents at room temperature as a result of the solubility tests, added into polyacrylonitrile (PAN) matrix in solution and nanocomposite nanofiber films with different N-butyl PPTA contents were fabricated by the electrospinning method. FTIR analysis showed that hydrogen bonding interactions occurred between the polymer components in the nanocomposite structure. Scanning electron microscopy micrographs demonstrated that the nanocomposite nanofiber films consist of more homogeneous nanofibers without any beady structures and have a narrower diameter distribution compared to the neat PAN nanofiber films. Mechanical tests showed that the tensile strength increased by 119% and the elongation at break increased by 266% with 3% N-butyl PPTA content by mass compared to the neat PAN nanofiber films. The fabricated nanocomposite nanofiber films were combined with aramid fabrics to produce laminated hybrid composite armors in different configurations and the ballistic tests were performed according to the NATO Stanag 2920 standard. The ballistic tests showed that concentration of the kinetic energy of the bullet in a narrow area was prevented due to the high surface area/mass ratio (average fiber diameter: 598 nm) of the nanocomposite nanofiber films and the ballistic limit velocity (V50) was enhanced with a very small mass increase.

Benzer Tezler

  1. Impact behavior of graphene reinforced composite plates for aerospace applications

    Havacılık uygulamaları için grafen takviyeli kompozit plakaların darbe davranışı

    SAM RUTAREMARA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiTürk Hava Kurumu Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. REZA AGHAZADEH

  2. Enhancing mechanical performance and flame retardancy of polyethylene fibers

    Polietilen liflerin mekanik ve alev geciktiricilik özelliklerinin geliştirilmesi

    BEYZA NUR GÜNAYDIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

    DOÇ. DR. HÜSEYİN AVCI

  3. Development of high strength aluminum matrix composite backing plates for ballistic armor

    Balistik zırh destek plakası için darbe dayanıklı yüksek dayançlı alüminyum matris kompozit geliştirilmesi

    TAYFUN DURMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Savunma ve Savunma TeknolojileriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ KALKANLI

  4. Fonksiyonel kademelendirilmiş plakaların farklı mermi çarpma açılarında balistik limitlerinin araştırılması

    Investigation of ballistic limits on different projectile impact angles of functionally graded plates

    MEVLÜT HAKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Makine MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RECEP GÜNEŞ

  5. Lityum aluminosilikat cam-seramiklerinin yeni nesil kimyasal temperleme yöntemi ile güçlendirilmesi

    Strengthening of lithium aluminosilicate glass-ceramics by new generation chemical tempering method

    GÖZDE ÇAĞIRMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Bilim ve TeknolojiEskişehir Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. EMRAH DÖLEKÇEKİÇ