Balistik koruyucu yelek tasarımı

1. BALİSTİK KORUYUCU YELEK
MMM 4711 TASARIM VE MALZEME SEÇİMİ
Alper GÜNEREN 2010512022
Eray KAPLAN 2010512025
Furkan KARADUMAN 2010512028
Uğur KARAALİ 2010512026
Proje Yöneticisi Proje Danışmanı
Prof.Dr.Kazım ÖNEL Doç. Dr. Uğur MALAYOĞLU

2. İÇİNDEKİLER
Koruyucu Yelek Nedir?
Beklenen Özellikler
Tasarım
Kevlar Üretimi
Kalite Kontrol

4. NEDEN KORUYUCU YELEK
 Daha öncelerde savunma sanayiinde kullanılan çelik yeleklerin
bir takım olumsuz özelliklerinden dolayı yeni koruyucu yelek
tasarımlarına ihtiyaç duyulmuştur.
 Kullanılan koruyucu çelik yeleğin
-Üretim maliyeti
-Ağır oluşu
-Gelişen teknolojiye ayak uyduramaması alternatif bir
tasarımın geliştirilmesine neden olmuştur.

5. Amaç
 Kurşun geçirmez yelek ya da balistik koruyucu yelek, ateşli
silahlardan çıkan kurşunların etkisini azaltmak ve patlama
sonucunda oluşabilecek şarapnelden korunmak amacıyla
giyilen bir kişisel zırhtır.
 İhtiyaç duyulan gereksinimlerin karşılanması doğrultusunda
tasarlanması planlanan koruyucu ürünün; savunma
sanayiinde ve savaş donanımlarında daha verimli sonuçlar
sağlaması hedeflenmektedir.
 Temel amaç koruyucu yeleğin minimum kütlede olmasıdır.

6. Balistik Koruyucu Yelek

7. • Yumuşak yelekler, örülmüş ya da katmanlar halinde
hazırlanmış liflerden oluşur ve giyen kişiyi küçük kalibreli
tabanca ve çifte mermileri el bombası gibi patlayıcıların
şarapnel parçalarından korur.
• Metal ya da seramik levhalar da yeleklerde tüfek fişeklerine
karşı ekstra koruma sağlamak amacıyla kullanılabilir
Balistik Koruyucu Yelek

8. Beklenen Özellikler

9. Balistik dayanım özelliği mermi veya fragmantların enerjisini
kendi üzerlerine yayarak azaltma ve noktasal etkiyi yok etme esasına
dayanır.
Balistik koruyucu sistemlerin enerji absorbsiyon özellikleri
üzerinde etkili olan faktörleri;
 Kullanılan lifin özellikleri
 Kumaş sıklığı
 Gramajı
 Kaç kat kumaş kullanıldığı
 Atılan merminin büyüklüğü ve şekli
 Vuruş hızı ve vuruş açışı olarak sayabiliriz.

10. Balistik Dayanım
• 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.

12.  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.

13. Hafiflik
 Balistik koruyucu yeleklerde aranan bir diğer önemli
özelliklerden biride minimum yoğunluktur. Yani malzemenin
olduğunca hafif olmasıdır.
 Balistik koruma performansı kumaş gramajına ve yelekte
kullanılan katman sayısına bağlı olarak artar.
 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.

14. Mukavemet ve Tokluk
 Tokluk, bir malzemenin kırılmadan önce sönümlediği enerjinin
bir ölçüsüdür. Bir malzemenin kırılmadan bir darbeye
dayanması yeteneği söz konusu olduğunda önem kazanan bir
mühendislik özelliğidir.
 Mukavemet ise malzemenin hasara karşı gösterdiği direnç
olarak nitelendirilebilir.
- Akma Dayanımı
- Çekme Dayanımı
- Kopma Gerilmesi

15. Mukavemet ve Tokluk

16. Esneklik
 Balistik koruyucu yelek yapımında dikkat edilmesi gereken
önemli özelliklerden biriside malzemenin esnekliğidir. Çünkü
balistik koruyucu yelek kullanıcıların hareketini kısıtlamamalı
ve rahat bir şekilde hareket etmeleri sağlamalıdır.
 Eskiden ağır ve esnek olmayan çelik yeleklerin yerine ,
“Kevlar” adı verilen bu iplikle, yelekler esnek ve hafif
(ortalama 5 kg.) bir hale geldi.

19. Fonksiyon-Özellik Tablosu
Parça Fonksiyon Özellik
I. Ana Malzeme i. Kurşun tarafından
uygulanan darbeyi
sönümleyerek ara
malzemeye iletmek.
i. Ergonomik olmalı
ii. Mukavim olmalı
iii. Uygulanan darbe altında
formunu korumalı
iv. Kırılgan olmamalı
v. Hafif olmalı
vi. Kullanıcının hareketini
engellemeyecek esnek ve
şekil değiştirebilir olmalı
I. Ara Malzeme i. Darbe enerjisini yaymak
ve yok etmek.
i. Yüksek ıslatabilirlik
ii. Ana malzemenin
ipliklerini bir arada
tutmalı
iii. Bir noktadan darbeyi
homojen olarak yayma
I. Dış kumaş i. Kaplama i. Su geçirmemeli
ii. Ana malzemeyi darbe
dışındaki etkenlerden
korumalı

20. Ana Malzeme Tasarım Tablosu
Tasarım Tablosu
Fonksiyon Balistik darbe sönümleme yapan kiriş
Hedef Minimum kütle
Kısıtlar
Malzeme boyutları
KIC <KICo şartı (Kırılma tokluğu yeterince yüksek olmalı)
Mukavemet (F kuvvetini sınırlı çökme ile taşımalı)
Serbest Değişken Malzeme cinsi

21. İndeksler
Kırılma Tokluğu için malzeme indeksi:
𝑴 𝟏 =
𝑲 𝑰𝑪
𝝈 𝒇
Elastik çökme için malzeme indeksi:
𝑴 𝟐 =
𝑬
𝟏
𝟐
𝝆
Kalınlık sınırı için malzeme indeksi
𝑴 𝟑 = 𝝈 𝒇

22. Ana Malzeme Seçimi
𝑴 𝟏 =
𝑲 𝑰𝑪
𝝈 𝒇
Kırılma Tokluğu için malzeme indeksi:
𝑴 𝟑 = 𝝈 𝒇

23. Malzeme
İndeks M =
𝐊 𝟏𝐜
𝛔 𝐟
[m1/2]
Genel Özellikler
Alüminyum
alaşımları
0,20  İndeksi yüksek olmasına rağmen ergonomik ve
hafiflik yönünden ana malzeme için uygun değildir
dış kaplama olarak kullanılabilir.
Çelik 0,16  Koruyucu yelek olarak kullanılan malzemelerdir.
Yüksek dayanımlı kompozitlerin bulunması ile
önemini kaybetmiştir.
Titanyum alaşımları 0,15
 Pahalı ve yoğunluğu yüksektir.
Magnezyum
alaşımları
0,14  Mukavemeti yeterli seviyede değildir. Gerekli
dayanım için kalın bir yelek tasarımı yapılır fakat
hafiflik sağlanamaz.
Kompozitler 0,11  İndeksi diğerlerine göre düşük görülmesine rağmen
takviye malzemeleri ile metallere göre çok dayanıklı
özelliklere bürünmektedirler.
 Mikro şekil faktörü toleransı ile hafif ve özel üretim
teknikleri ile darbe enerjisi yayma özellikleri çok
yüksektir.

24. Elastik çökme için malzeme indeksi:
𝑴 𝟐 =
𝑬
𝟏
𝟐
𝝆

25. Kompozitler
Malzeme Yoğunluk (g/cm3) Çekme Dayanımı
(MPa)
Modülüs (GPa)
E-Cam 2.55 2000 80
S-Cam 2.49 4750 89
Alüminyum 3.28 1950 297
Karbon 2.00 2900 525
Kevlar 29 1.44 2860 64
Kevlar 49 1.44 3750 136

26. Performans Sıralaması
Malzeme İndeks M =
E1/2/ρ
[GPa1/2/ mgm-3]
Genel Özellikler
Karbon fiber 11,46  Ultraviyole ışında bozunurlar.
 Birleşme özellikleri kötü olabilir ve üretim
sonucu mikro çatlak oluşabilir.
Kevlar 49 8,09  İndeksi yüksektir ama sünekliği düşüktür.
Kevlar 29 5,55  Yaygın olarak tercih edilen koruyucu yelek
malzemesidir.
Alumina(Al2O3) 5,25  Kevlare göre indeksi düşüktür.
 Hareket kabiliyetini kısıtlayıcıdır.
S-Cam 3,79  Kevlare göre indeksi düşüktür.
 Kevlare alternatiftir.
E-Cam 3,51  İndeksi düşüktür.

28. Ara Malzeme
1. Silika bazlı dolgu malzemesi
Kevlar kumaşı 2 bar basınç altında %60 silika oranına sahip silika bazlı
sıvı (STF) içine gömüldüğünde 465 g/m2 yoğunluğundayken 129.3 J enerji
absorblayabilmiştir.
2. Reçine dolgu malzemesi
Epoksi+mantar, epoksi+kil ve epoksi+kil+mantar matrislerinin içine
yerleştirilmiş Kevlar liflerinin darbe enerjilerini %75-80’i absorblanabilmiştir.
3. Toz alümina (Al2O3) dolgu malzemesi
Kevlar-29 lif ve Al2O3 toz takviyeli kompozit malzemeler kalınlık
oranına bağlı olarak yaklaşık 20mm kalınlıkta 600J’e kadar enerji
sönümleyebilmektedir

30. b)
b
a) saf epoksi reçine matrisli Kevlar,
b) b) nanokil ile doldurulmuş epoksimatrisli kevlar
a)

31. Kevlar
Kevlar, çok hafif karbon kökenli çok sağlam liflerden
oluşan bir malzemedir. Kevlar günümüzde zırh, sağlam halat
yapımı, yanmayan koruyucu giysi yapımında kullanılmaktadır. ,
Kevlar çok yüksek çekme gerilimine dayanabilen
liflerden oluşan ipliksi bir yapıdır. "Aynı ağırlıktaki çelikten 5 kat
daha sağlamdır" sloganı ile pazarlanmaktadır. Kevlar;
• Dokunabilir
• Kumaş haline getirilebilir
• Kesilebilir
• ve dikilebilir.

32. Kevlar

33. Kevlar
Önemli özellikleri:
 Genellikle rengi sarıdır
 Düşük yoğunlukludur.
 Yüksek dayanıklılık.
 Yüksek darbe dayanımı,
 Yüksek aşınma dayanımı,
 Yüksek yorulma dayanımı,
 Yüksek kimyasal dayanımı vardır.
 Kevlar elyaflı kompozitler cam elyaflı kompozitlere göre 35%
daha hafiftir.

34. Üretim Süreci
Şekil 10.Aramid monomerinin polimerizasyon
şeması [12]
Konsantre Sülfürik asitin kullanımından doğan sebeplerden ötürü Kevlar üretimi
pahalıdır.

35.  Bazı balistik koruyucu yelekler müşterinin korunma
ihtiyaçlarını veya boyutunu karşılamak için özel olarak yapılır.
Ancak çoğu standart koruma yönetmeliklerine uygun (32 en,
38 boy) standart giyim sanayi boyutları vardır.

36.  Kevlar yapmak için, polimer poli-para-fenilen terefitalamid
önce laboratuarda üretilmelir. Bu işlem polimerizasyon olarak
bilinen bir işlemdir ve uzun zincirlerin kombine molekül halini
içerir.
 Çubuklar şeklindeki polimerler ile elde edilen kristal halinde
sıvı daha sonra Kevlar iplik oluşturmak üzere bir iplik teli
çekme gözünün (bir duş başlığı gibi görünen küçük delikler
dolu küçük bir metal plaka) boyunca geçirilir.

37.  Kevlar Fiber sonra sertleşmesine yardımcı olmak için bir
soğutma banyosundan geçer.
 Su püskürtülür, daha sonra sentetik kevlar lifi rulo üzerine
sarılmaktadır.
 Kevlar üreticisi daha sonra, genel olarak bükücüye gönderir,
burada kevlar fiber dokuma için uygun hale getirilir.

39.  Balistik koruyucu yelekler kevlar liflerinden dokunmuş
kumaşlardan birçok kat üst üste dikilerek oluşturulur.
 Bu oluşturulan panel şekilli kevlarlar dolgu malzemesi olarak
epoksi reçineler kullanılarak yelek kalıbı üzerine belirli açılarla
serilir ve vakum destekli reçine infüzyon üretim yöntemleri
prosesleri esas alınarak pişirme ve kalıptan çıkarma işlemleri
yapılır.

40. Kalite Kontrol
 Balistik koruyucu yeleği oluşturan parçalara çekme testleri
uygulanır ve elde edilen kompozisyonların gerilme
mukavemetleri test edilir.
 Tüm balistik koruyucu yelekler aynı değildir. Bazı yelekler
düşük hızlı mermilerden korurken bazıları yüksek hızlı
mermilerden koruyabilmektedir.
 Yelek düşükten en yüksek koruma yapısına göre
sınıflandırılmalıdır. Örnek olarak I, II-A, II, III-A, III, IV gibi
sınıflandırılmaları vardır.

41.  Yelek ıslak ve kuru şekilde test edilir. Çünkü lifler bu ortam
içinde farklı özellikler gösterebilir.
 Her atış bir önce atılan mesafenin 5 santimetre gerisinden
yapılmalıdır. İkisi 300 açı ile diğer dördü 00 açı ile olmak üzere
altı atış yapılır. Bir atış illaki dikiş üzerine düşmelidir.
 Testi geçmek için yelek penetrasyon göstermemeli ve kil
kuklada hiç bir delik oluşmamalıdır. Mermi göçük bırakma
sınırı ise 4,4 santimetreden derin olmamalıdır.

43. DİNLEDİĞİNİZ İÇİN
TEŞEKKÜRLER…
Projemizde yardımcı olan Tekstil Mühendiliği Bölümüne Teşekkür ederiz.
Befru BÜYÜKBAYRAKTAR
Almira BÜTÜN