KORUYUCU TEKSTİLLER

Koruyucu tekstiller, kişiyi çevrenin ve ortamın olumsuz etkilerinden, bazı durumlarda da temiz ortamı insanların etkilerinden koruyan tekstillerdir. Dünyada yaşanan savaşların ve terör olaylarının artması, eko-sistemdeki bozulmalar koruyucu tekstillerin öneminin her gecen gün daha da artmasına neden olmaktadır.

1.GİRİŞGünümüzde pek çok insan yaralanma ye da hayati tehlikeye yol

açabilecek çeşitli riskleri içeren ortamlarda bulunmak zorundadır. Birçok endüstriyel sektör ve hastaneler basta olmak üzere, insanların zarar görmeden hayatta kalmasının risk altında olduğu daha pek çok alanda koruyucu giysi ve ekipmanların kullanılması zorunludur.

Koruyucu tekstiller genel olarak insanları yaralanmalara hatta ölüme sebep olabilecekzararlı çevresel etkilere karsı korumak için kullanılan giysi, örtü ve teçhizatlardır. Bununla beraber bazı durumlarda ise, hastanelerdeki ameliyat odaları ve yoğun bakım ünitelerinde olduğu gibi, çevrenin insanın etkilerinden korunması da gerekebilmektedir. Bu tur yerlerin korunması ortamda bulunan kişilerin temiz oda giysileri kullanmasıyla sağlanmaktadır.

Koruyucu tekstiller özellikle; askeriye, güvenlik kuvvetleri, özel timler, itfaiyeciler, kurtarma ekipleri, madenciler, yol yapım ve onarımında çalışanlar, kimya sanayicinde çalışanlar, elektrik-elektronik sanayicinde çalışanlar, ağır sanayi çalışanları, nükleer santrallerde bulunanlar, hastanelerdeki bazı birim görevlileri vb. tarafından kullanılmaktadırlar.

2.KORUYUCU TEKSTİLLERİN GELİŞİMİ

Koruyucu tekstillerin tarihi ilk insanlara kadar dayanmaktadır. ilk koruyucu tekstil malzemesi, savaşlarda askerlerin vücudunu korumak için kullandıkları deriden, metallerden yapılmış zırhlardır.

Ateşli silahların kullanılmaya başlanmasından sonra da 19. y.y.’in sonuna kadar askeri meydan savaşları yakın mesafelerde yapılmıştır. Dolayısıyla bu donemde askeri üniformalar, hem alayların tespiti, hem de düşmanı korkutmak için, parlak, parıltılı ve renkli olarak tasarlanmışlardır. Kullanılan malzemeler yun, pamuk, ipek, keten, deri, domuz kılı; ayı, fok, kaplan, leopar kürkü; tavuk, tavus kuşu, devekuşu gibi kuşların tüyleri gibi doğal kökenli malzemeler olmuştur.

20. y.y.’da teknoloji ve bilimdeki ilerlemeler, silahların ve görsel izlemedonanımlarının da gelişmesine neden olmuştur. Askerleri ve cepheyi arka planla karıştırarak saklamak önem kazanmıştır. Teknolojik gelişmeler sonucu işyerlerinde ve sanayide olması gereken korunmadüzeyi de her gecen gün artmıştır. Elektronik aletlerin, elektriğin ve ısının insan hayatı üzerinde oluşturduğu olumsuz etkinin artması, bu etkenlerin zararlarından korunmak için fonksiyonel tekstiller geliştirilmesini de beraberinde getirmiştir.

3. KORUYUCU TEKSTİLLERİN TÜKETİM MİKTARLARI

Koruyucu tekstiller, ağırlık olarak tüketim miktarı en az olan teknik tekstilsınıflarından biridir. Ancak, değer olarak tüketim miktarları incelendiğinde, en yüksek oranlardan birine sahip oldukları görülmektedir.

Dav id Rigby Associates’in projeksiyonlarına göre koruyucu tekstiller, 2005-2010 donemi için %4’luk tahmini büyüme oranı ile 5. sırada yer almaktadır. Bu büyüme oranı ağırlık bazında olup, değer olarak aynı yıllar arasında beklenen büyüme oranı, %6,4 ile tüm teknik tekstil sınıfları arasında 2. sıradadır.

Sekil 1: Koruyucu tekstillerin yıllara göre tüketim miktarlarının değişimi (2005 ve 2010 yılları verileri tahminidir)

Gelişen teknoloji sayesinde, hem tekstil sanayicinde, hem de savunma sanayisinde meydana gelen gelişmeler ile savaş ve terörist olay tehditlerinin giderek artması sonucu koruyucu tekstillerin öneminde meydana gelen artmanın, bunların tüketim miktarlarını da artırması beklenmektedir.

4. KORUYUCU TEKSTiLLERiN SINIFLANDIRILMASIKoruyucu tekstillerin kullanım amacına göre sınıflandırılması su şekilde yapılabilmektedir:1. Balistik koruma2. Mekanik etkilerden koruma3. Isı ve alevden koruma4. Nükleer, biyolojik, kimyasal ve radyoaktif zararlılardan koruma5. Statik elektriklenmeden koruma6. Elektromanyetik koruma

7. Kamuflaj8. Cevre etkilerinden koruma9. Uzay giysileri10. Yüksek görünürlükte uyarıcı tekstiller11. Temiz oda giysileri

Biz bu sınıflardan BALİSTİK KORUMA’ yı inceledik.

4.1 BALiSTiK KORUMA

Balistik koruma: El bombası, havan topu, top kovanları, mayınlar ve patlayıcı malzemeler gibi parçalanan cisimlerin ve mermilerin vereceği hasara karsı koruma sağlayan tekstil malzemelerini içermektedir. Savaşta, yaralanmaların pek çoğu mermilerden değil, el bombası, havan topu, mayın ve diğer patlayıcı malzemelerden kaynaklanmaktadır. Siviller ve polislerdeki yaralanmaların ana sebebi ise mermilerdir. Mermilerin el silahlarından yakın mesafeden ateşlenmiş düşük hızlı mermiler ve tüfek, otomatik silah… gibi uzun mesafede kullanılan silahlardan fırlatılan yüksek hızlı mermiler olmak üzere iki tipi bulunmaktadır.Öldürme riski olarak, mermilerin riski, bomba parçalarından daha yüksektir. Yaralanmanın şiddetini, genel olarak merminin kinetik enerjisi, sekli ve yapısı belirlemektedir. Bomba parçaları ise, kişilerin birden fazla bölgesinde yaralanmaya sebep olmakta ve bu yaralanmaların şiddeti, patlamanın kaynağı, şiddeti ve kişinin patlamadan uzaklığı… gibi faktörlere bağlı olarak değişmektedir. Ayrıca bombaların, binaları çöktürmesi, uçakları düşürmesi, gemileri batırması vb. gibi ikincil etkilerinden dolayı da yaralanma veya ölümler meydana gelebilmektedir.

Balistik koruyucu bir giyside, birbiriyle çelişen iki koşulun aynı anda sağlanabilmesi gerekmektedir. Bunlardan birincisi, genellikle hacmin ve kütlenin büyük olmasıyla sağlanabilen balistik performans; ikincisi ise, giyen kişinin rahat hareket edebilmesi acısından hafiflik ve giysi konforudur. Bu faktörler göz önünde bulundurulduğunda, tekstil yapılarının, düşük ağırlığa sahip, esnek ve konfor sağlayabilecek en uygun yapılar oldukları söylenebilmektedir. Kişinin üzerine giydiği koruyucu giysi katmanlarının sayısı arttıkça, korunma sansı da artmaktadır; ancak bu durumda tekstil malzemesinin ağırlığı ve hacmi de artmaktadır ki, bu istenmeyen bir durumdur. Aktif bir bireyin balistik korunması için tüm bu faktörlerin dengeli bir şekilde sağlanması gerekmektedir. Bu nedenle de vücutta en az yer kaplayan ve en hafif bir balistik koruyucunun ağırlığı 2,5-3,5 kg.ın altına düşmemektedir.

Eğer buna bir de yüksek hızlı mermilere karsı koruma sağlayan dijit plakalar eklenir ve vücutta kaplanan alan arttırılırsa, ağırlık 13-15 kg.a ulaşabilmektedir ki, bu rakamlara miğfer, siperlik ve bacak koruyucu kısımlar dahil değildirler.

Tekstilden yapılmış kursun geçirmez çelik yelekler, düşük hızdaki mermilere ve küçük parçacıklara karsı koruma sağlayabilmekte, ancak özellikle 5,56 mm, 7,62 mm ve 12,7 mm kalibrelik yüksek hız mermileri gibi diğer tehlikelere karsı koruma gerçekleştirememektedir. Tekstilden yapılmış çelik yelekler, savaş baslıkları ve mermi kovanlarının patlaması sonucu yüksek hızda fırlatılan küçük ve keskin parçacıklara karsı da etkili değildirler. Bu tur yüksek

hızlı cisimler için tekstil malzemelerinden ziyade, metaller, kompozitler ve seramikler gibi malzemeler kullanılmakta ve bu malzemeler kalp gibi hayati organların üzerine yerleştirilmektedirler.

4.1.1 Balistik Korumanın Mekanizması

Balistik darbe mekaniği, 2. Dünya Savası’ndan beri geniş araştırmalara konu olmuştur. Kursun geçirmez giysilerle balistik korumanın temel prensibi: Birçok yüksek performanslı dokuma kumasın bir araya getirilmesiyle oluşturulmuş yapıdaki bu giysilere çarpan parçacıkların enerjisinin, ipliklerin koparılması ve esnetilmesi yoluyla dağıtılmasıdır. Bu yapının çok katmanlı olmasının sebebi, kumaş katmanlarının her birinin giysiye çarpan parçacığın enerjisinin azaltılmasında additif bir etki göstermesidir. Her kumaş katmanında enerji, önce parçacığın temas ettiği lifler tarafından absorbe edilmekte, daha sonra da kumaş dokusundaki diğer liflere yayılmaktadır. Bu enerji transferi, atkı ve çözgü ipliklerinin kesiştiği noktalarda meydana gelmektedir. Bu sebeple, kesişme noktalarını arttırabilmek için genel olarak bez ayağı yapıdaki dokunmuş kumaşlar tercih edilmektedirler.

Şekil.2.. Yüksek hız fotograflama metoduyla balistik darbe anı(delinme

yok)

4.2. Balistik Tekstilde Kullanılan LiflerBalistik tekstilde yaygın olarak kimyasal lifler kullanılmaktadır. Bunlar

poliaramidler ve yüksek mukavemetli polietilenlerdir. Aramid lifleri sürtünmeden dolayı oluşan ısıya dayanıklıdır. Yüksek mukavemetli polietilen liflerinde ise balistik darbeyle oluşan ısı, lif yüzeyinin sıcaklığını yükseltmekte ve kalıcı deformasyon oluşmaktadır. Bunun yanında yüksek mukavemetli polietilen liflerinin değişebileceği geneldede artabileceği ifade edilmektedir.

4.2.1 Aramid LifleriAramidler aromatik poliamidlerdir. Bir amin ve bir karboksili grubunun reaksiyonu sonucu elde edilir. Basit bir AB homopolimeri şöyle elde edilebilir. 6

nNH2 – Ar- COCl - [ NH – Ar – CO ]n + nHCl A B

Paraaramidler en basit formu p- fenilentereftalamiddir. Bunlar piyasada Kevlar® ve Twaron® lifleri olarak bulunmaktadırlar. Metaaramidler ise poli – m – fenile – nisoftalamid yapısındadır. Piyasada Nomex® olarak bilinir.

Aramid Liflerinin Gelişimi:Aramidler, naylon gibi alifatik poliamidlerden farklıdırlar, bu farklılık

yapıya direkt olarak bağlanmış aromatik halkalardan kaynaklanır. Aramid liflerin yüksek performanslı lif olarak ilk üretimi 1972 yılında Du Pont tarafından, kimyasal yapısı Poly ( P- Phenylon Teraftalamide, PPTA) olarak bilinen ve ticari ismi Kevlar® olan liflerdir. Günümüzde ticari olarak önemli başka aramid lifleri de vardır. Twaram, Hollanda’da Akzo N.A tarafından üretilir ve kimyasal yapı olarak Kevlar’a çok benzer. Technora, Japonya Teijin Ltd. tarafından üretilir. Bu lif Twaram ve Kevlar liflerinden kimyasal olarak farklıdır ve iki aramidin kopolimeridir.

Aramid Liflerinin Özellikleri:Aramid liflerinin kullanımındaki artışın en önemli nedenleri; iyi sıcaklık

stabilitesi (uzun süreli aynı çalışma sıcaklığı), kimyasallara karşı mukavemet ve elastik modüllerini sayabiliriz. Uygulama alanları ve özelliklerine göre iki ana gruba ayırabiliriz.

1- Oldukça iyi derecede direnç gösterebilen meta – tipi aramid lifleri; en önemli başlangıç polymeri poly – m – fenilen taraftalomid. Doğal rengi beyazdır.

2- Para – tip olarak adlandırılan yüksek mekanik ve termal stabiliteye sahip aramid lifleri; en önemli başlangıç polimeri poly – p – fenilen taraftalamid’dir. Doğal rengi sarıdır.

a) Mikroskobik AnalizBoyutsal şekli; düz, pürüzsüz, gerilim altında şekil değiştirmeyen, buna

rağmen tipik bir yapıya sahiptir. Kesit şekli; meta – tip dikdörtgen şeklinde olup para – tip ise yuvarlak bir şekle sahiptir.

b) Karakteristik Mikroskobik Reaksiyonları:Para- yapılı lifler soğuk sülfürik asit konsantrasyonunda hiç çözünmezler

veya çok az çözünürler. Fakat çözelti biraz sıcak olduğu zaman çözülme hızlanır. Çözülebilir gruplar aramid liflerinin sülfürik asit konsantrasyonuna batırılmasından sonra mikroskop altında tayin edilir. P – liflerinde boylamasına çatlakların olduğu büyük bir şişkinlik görülür. Erime prosesi yavaşça devam eder, fakat ısısı arttıkça proseste hızlanır.

c) Teknolojik Değerleri :Kullanılabilir ticari p – aramid liflerinin yüksek tenasite ( MT) ve yüksek

modüllü ( MM) olanlarının ikinci jenerasyonunu 1988’de Du Pont geliştirmiştir. Bu yeni geliştirilen lifleri şu anda kullanılan yüksek modüllü tiplerden ( ticari isimleri Kevlar, Twaran) ayıran fark onların “ yüksek modüllüler” adı ile anılmasıdır.Filament inceliği; 1,67 dtex ( p – lifler için) 1,6 – 12 dtex ( m – lifler için)Filament çapı: 12 mm

d) Mekanik Özellikleri:Görsel kırılma mukavemeti, ıslak; 75 – 80 % ( m – aramid lifi)

99,6 % ( p – aramid lifi)Kırılmada görsel uzama, ıslak: 6 – 80 ( m – aramid lifi)Çapraz kırılma açısı ( bükümdeki kırılma) : 52o

e) Fiziksel Özellikler;p - lif

Fiziksel parametrelerm-lif N MM Copolym

Özgül ağırlık (g/cm3) 1,33 1,44 1,44 1,39Özgül ısı (l/gk) 1,2 1,4 1,4 -Termal iletkenlik (w/mk) 0,13 0,05 0,05 -Termal genleşme kats (10-5/k) - -3,5 -3,5 -Ayrışma sıcaklığı(oC) 370 500 500 -Camlaşma sıcaklığı(oC) 280-290 300 300 -Nem (20oC %65 nh.’de %) - 7 3,5 3Yanabilirlik ( LOI Index) 20-27 29 29 25Sıcak havada çkm ( 195oC’de 15 dk. %)

0,5 0,1 0,1 -

Sıcak buharda çekme ( suda 95oC’de %)

1,5 0,1 0,1 -

Su tutma değeri (%) 12-17 7 7 2 Şekil.3.Aramid Lifinin Fiziksel Özellikleri

Statik yükleme altında PPTA’nın uzunluktaki artışı, diğer viskoelastik sentetik liflerle karşılaştırıldığında çok küçüktür. Test sonuçları göstermiştir ki kısa zamanda kırılma yükünün %55’ten aşağısı 10 yıllık bir periyotta aramid de hiçbir zaman hata oluşturmamıştır.

Lif Çeşidi Yoğunluk, (g/cm3) %Kopma UzamasıModül, GpaDayanımKevlar 29 1.43 3.6 70 20-23Kevlar 49 1.45 2.8 135 20-26Kevlar 119 1.44 4.4 55 N/aKevlar 129 1.45 3.3 99 N/aKevlar 149 1.47 1.5 143 18Nomex 1.38 22 17 5.8

Şekil.4.Ticari Aramid Liflerinin Özellikleri

f) Kimyasal Davranışı: Yanma testi; aramidler erimezler ama ateşte yanarak kömür haline

gelirler. Aramidler ateşten uzaklaştırıldıklarında kendi kendilerini söndürürler. Arkasından hiçbir parlaklık kalmaz.

Kimyasallara karşı koyma; aramidler organik çözücülere direnirler. Sıcak asit konsantrasonları ve alkali, örneğin %60 sülfürik asit ve %50 sodyum hidroksit solisyonu life zarar verir.

Güçlü inorganik asitler, konsantrasyonlarda kırılma mukavemetinin azalması %35’tir. Reaksiyon zamanı 10 saatin üzerindedir ve ısı 60oC’nin altındadır.

Organik asitler; benzosülfürik aside karşı artan diren. (%100, 93oC, 10 h.)Güçlü alkaliler, sodyum hidroksit %40’ın altında iken kırılma mukavemeti ısıtma ile (60oC) veya uzun reaksiyon zamanı ile ( 100 saat) azaltılır. Ağartıcı etkiler, ısıtıldığında orta etkili (sodyumklorit, 60oC)

Organik kimyasallar; kırılma mukavemeti üzerinde çok hafif etkili olurlar veya hiç olmazlar.

g) Diğer Özellikleri:Parlaklık; Aramidler diğer organik lifler gibi ultraviyole ışını tarafından

deprode edilirler. Direk güneş ışığına maruz bırakıldığında meta liflerinin kırılma mukavemeti kuvveti 40 ile 60 hafta sonra yaklaşık %50 azalır.

P – lifleri 16 hafta sonra gerilme kuvvetlerinin %65-80’ini kaybederler. 30 hafta sonra kuvvet yaklaşık olarak %30 azaltılmış olur.

Termal stabilite; Aramid lifleri 160oC’de oda sıcaklığında ölçülmüş özelliklerin büyük bir bölümünü muhafaza eder. M – liflerinin mukavemetinde 220oC’ nin üzerindeki sıcak hava temasından ( 1000 saat) sonra fark edilebilir bir azalma olur. Daha büyük termal stabiliteye sahip olan P – lifleri 200-300oC arasında kuvvet kaybetmeye başlar. Düşük ısılarda aramid lifleri kırılabilirliğe hiçbir eğilim göstermezler ve 70oC’nin altında özelliklerini muhafaza ederler.

Toksikolojik davranışlar; 400oC ye kadar olan ısılarda hemen hemen 800oC’de %1 HCN, %1300 ve %150 CO2 lifin ağırlığına bağlı olarak ölçülebilir.

Kopma Gerilimi (ST) 3620 MPa C.V. = 5%Modül (ET) 131000 MPa C.V. = 5%Kopma uzaması %2,75Yoğunluk 1,44 g/cm3

Nem İçeriği %3,5Nem Alma Oranı %0,3 /saatBoyanabilirlik BoyanamazDekompozisyon Sıcaklığı 500oCÇekme %4x10-4 / oC

Şekil.5. Mekanik, Kimyasal ve Termal Özellikler

4.2.1.1 Kevlar® LifleriKevlar, DuPont’ta 1965 yılında Stephanie Kwolek ve Herbert

Blades adlı bilim adamları tarafından geliştirilen ve yüksek performanslı koruyucu giysilerin yapımında kullanılan bir para-aramid lifidir. Hafif, ancak dayanıklı kumaşlar üretilmesine olanak tanımaktadır. Kevlar lifleri yukarıda bahsedildiği gibi, kuru jet-yaş lif çekim yöntemine göre elde edilmektedir.

Şekil 6. Kevlar 49’un moleküler yapısı (www.dpp-europe.com)

Kevlar 49 lifin önemli özelliklerini şu şekilde sıralayabiliriz.- Yüksek mukavemet,- Yüksek ilk esneklik modülü,- Düşük kopma uzaması,- Yanma direnci, kendi kendine sönebilme, erime,- Düşük duman neşretme,- Düşük termal çekme,- Düşük sıcaklıklarda özelliklerini muhafaza edebilme,- Mükemmel boyutsal stabilite,- İyi termal direnç,- İyi kimyasal direnç,- Çok düşük elektrik iletkenliği ve düşük dielektrik sabiti,

- Tekstil proseslerine uygunluk,- Elektron radyasyonuna iyi direnç,- Yorulmaya karşı mükemmel direnç,- Bükümlü iplik halinde iyi paketlenme özelliği.

Şekil.7. Kevlar Lifleri (www.dpp-europe.com)

Kevlar’ın çubuk benzeri rijit yapısı, camlaşma sıcaklığının yüksek olmasını ve düşük çözünürlüğe ait bir özelliğe sahip olmasını sağlar. Bu durum konvensiyonel eğirme teknikleri ile eğirilmeyi zorlaştıran bir etkendir. Bu yüzdendir ki bu liflerin eğirilmesinde, daha çok özel bir yöntem olan kuru – jet – ıslak eğirme tercih edilir.

Şekil .8. Kevların oluşum reaksiyonu (http://en.wikipedia.org/wiki/Kevlar)

Son üründe, aromatik halkalı; yapı molekül zincirlerine, alifatik yapıdaki hidrokarbonlardan daha rijit bir yapı kazandırır. Lif boyunca kuvvetli kovalent bğlar, kesit boyunca ise zayıf hidrojen ve Wander Wals bağları etkili olmaktadır. Bu da Kevlar 49’a anizotropik bir yapı kazandırmış olur.

Sadece bazı şartlar altında arzu ettiğimiz anizotropik yapıyı elde edebiliriz. Likit kristal çözeltisinde, polimer çözeltisi ve viskozite arasında kural dışı bir durum mevcuttur. Başlangıçta her hangi bir polimer gibi konsantrasyon artışıyla viskozite artmaktadır. Fakat anizotropik kristal şeklinin gözükmeye başladığı kritik bir noktada viskozitenin pik şeklinde sivri bir grafik çizdiği görülür. Likit kristal bölgeleri çözelti viskozitesine iştirak etmeyen ve disperse olmuş parçacıklar gibi davranır. Öte yandan likit kristal için, molekül ağırlığının belli bir değerin üzerinde ve çözelti konsantrasyonunun kritik değeri aşmış olması gerekir. Likit kristalin eğirilmeye başlanmasıyla zaten çok düzenli, uzun polimer zincirleri içeren çözelti, tamamen oryante sağlamak için, sülfürik asit banyosundan geçirilir. Daha sonra çekim işlemi ile moleküllerin lif boyunca düzenlenmesi temin edilir. Ve böylelikle mekanik özelliği iyileştirilmiş olur. Böylece yüksek oranda oryante olmuş, uzun zincirli form halinde lif şekline dönüşür. Konvensiyonel eğirme tekniklerinden daha zor şartlarda çalışmak

zorunluluğu vardır. Bu lifin morfolojisi ve mekanik özellikleri çekim şartlarına büyük ölçüde bağlıdır.

Lif çekiminde, yüksek sıcaklıklarda, kısa zaman periyotlarında yapılan ısıl işlemlerin lif özelliklerini arttırdığı bulunmuştur. Young modülü ve çekme mukavemeti ısıl işlemlerle arttırılmıştır. Kevlar liflerinin ticari olarak 3 tipi vardır; Kevlar 29, Kevlar 49, Kevlar 149. Kevlar 49, Kevlar 29 liflerinden ısıl işlemle üretilmiştir. Kevlar 149 en yüksek Young modülüne sahip aramid lifleridir ( 165 Gpa).

Lifin yapısının gevrek olması nedeniyle, mukavemet değerlerinde çok değişkenlik gözlenmesi beklenmektedir. Aramid lifleri yüksek mukavemet ve kimyasal, termal stabiliteleriyle tanınırlar.

Şekil.9. Kevlar lifinin enine kesit görünümü (www. kevlar .com )

4.2.1.2 Twaron® LifleriTwaron, Teijin firmasının piyasaya sürdüğü aramid lifidir. Para-aramid

yapısındaki polimerlerden oluşan Twaron® lifleride, yüksek enerji absorblayabilmesi nedeniyle balistik koruma ürünlerinde kullanılmaktadır ve şu anda para – aramid lifleri içerisinde Kevlar®’dan sonra en büyük pazar payına sahip olan liftir.Şekilde Twaron® filamentleri görülmektedir.

Şekil.10. Twaron® lifleri

Twaron® liflerinin piyasada, 1100 dtex inceliğinde Twaron standart, daha yüksek dayanımlı Twaron CT ve 930 dtex inceliğindeki Twaron CT Microfilament olmak üzere, üç çeşidi bulunmaktadır.Bu liflere ait V50 ölçüm değerleri, Şekil 10’da verilmektedir. Twaron CT mikrofilamentlerinden yapılan iplikte, standart Twaron’la üretilen aynı ağırlıkta bir ipliğe göre %50 daha fazla para-aramid lifi olduğu belirtilmektedir. Standart kumaşla kıyaslandığında, aynı enerji absorblama seviyesine sahip Twaron CT Microfilament 541 daha hafiftir. Bu nedenle Twaron CT Microfilament liflerinin giyilebilirlik ve giyim konforu değerlerinin daha iyi olduğu ifade edilmektedir.(h tt p : / / w w w .t w aron.co m /p df / f illa men t.pdf )

4.2.1.3 Technora® LifleriTechnora lifi bir paraaramid lif olmakla birlikte Teijin tarafından

geliştirilmiştir. 1987’den beri ticari bakımdan uygun olarak kullanılmaktadır. Ateşe ve kimyasallara karşı dayanıklı bir liftir. Technora kopolimerlerden oluşmaktadır ve PPTA ( poly-paraphenylene terephthalamide)’dan değişik bir ürün olarak üretilmiştir.

Karakteristik özellikleri;- Yüksek gerilme gücü iyidir ( aynı ağrılıktaki PES, nylon ve cam

lifinden 3 kat daha iyidir).- Yorma mukavemeti iyidir.- Boyutsal mukavemeti iyidir. - Sıcaklık mukavemeti; 200oC’ye kadar uzun süre kullanılabilir.- Kimyasallara karşı mukavemeti iyidir.

Şekil .11. Technora® polimerlerinin kimyasal yapısı

Technora®’ nın avantaji hidrolize dayanıklı olmasıdır. Technora’nın yapısında bulunan eter bağları, lifin diğer aramid liflerine göre daha esnek olmasını sağlamaktadır. (www.teijin-aramid.com)

4.2.2 Yüksek Performanslı Polietilen Lifleri 1970’li yılların sonuna doğru DSM araştırma merkezlerinde Smith ve

Lemstra esnek moleküller kullanarak yüksek performanslı lifi tamamen başka bir yöntemle üretmeyi başarmışlardır. Bu yöntemle yüksek oranda seyreltilmiş çok yüksek molekül ağırlığına sahip ( UHMW-PE) içinde uzun ancak karışık halde bulunmayan moleküllerin yer aldığı polietilen çözeltisini kullanmışlardır. Yüksek molekül ağırlıklı polietilen liflerinin eriyikten lif çekim yöntemine göre elde edilmesi mümkün değildir, çünkü eriyik viskozitesi oldukça yüksek olmaktadır.

Bu nedenle çözeltiden lif çekimi yapılmaktadır. Polimer uygun bir çözgende çözüldükten sonra düzeden geçirilmektedir. Çözgen içerisinde makromoleküller birbirlerinden ayrılmakta (yumaklaşma olmamakta) ve düzeden geçirildikten sonra da bu formlarını muhafaza etmektedirler. Düşük yumaklaşma nedeniyle, yüksek derecede germe uygulanabilmektedir. Bu esnada yüksek derecede oryantasyon nedeniyle, yüksek dayanıma sahip ve yüksek modüllü liflerin elde edilmesi sağlanmaktadır.

Piyasada bulunan HPPE lifleri: Dyneema® ve Spectra® lifleridir. Her ikisi de yüksek mukavemet, ve düşük öz kütleye sahip yüksek

modüllü liflerdir. HPPE liflerinin öz kütlesi 1000 kg/m3’ün altındadır ve dolayısıyla bu lifler suda yüzmektedirler. (Hongu, Philips ve Tagikami 2000)

4.2.2.1 Dyneema® Lifleri

Dyneema® lifleri HPPE lifleridir. Bu lifeler DSM firması tarafından üretmektedir. Dyneema Liflerinin Özelllikleri:

- Erime noktası 144 – 152oC - Aramid liflerinden %40 daha yüksek mukavemete sahiptir.- Mukavemeti iyi kalite bir çelikten 10 kat daha fazladır. - Mukavemet ve modüllü sıcaklık artışı ile azalmakta, sıfır derecenin

altındaki sıcaklıklarda artmaktadır.- Yoğunluğu 1’in altındadır, suda yüzebilir.- Kopma uzunluğu yüksektir.Dyneema’nın üretimi çok az enerji gerektirmektedir, üretim sırasında zararlı

kimyasallar kullanılmaz, üretim kolaylıkla tekrarlanabilir. Sonuç olarak üretim ve işlemden doğan çevre kirliliği en düşük düzeydedir. Bu özellik yüksek dayanım ile bir araya gelince Dyneema’nın en güçlü sentetik lif olmasını sağlar. Bu lifler de daha çok balistik amaçlı kullanılmaktadır.

Dyneema® liflerinin çeşitli kulanım alanları için farklı tipleri mevcuttur. bunlardan en yüksek dayanıma sahip olan tip Dyneema SK76’dır. Tablo 3’de farklı tipteki Dyneema® liflerinin özellikleri görülmektedir. (h tt p : / / w w w .ss g lo ve s.co m / k ht m l/t e chin f o - n o 0 4 . h t m l )

Dyneema Dyneema Dyneema Dyneema SK60 SK65 SK75 SK76

Öz kütle (g/cm3) 0,97 0,97 0,97 0,97Özgül dayanım (N/tex) 2,8 3,1 3,5 3,7Özgül dayanım (g/den) 32 35 40 42Kopma mukavemeti (GPa) 2,7 3,0 3,4 3,6Modül (GPa) 89 95 107 116

Kopma uzaması (% ) 3,5 3,6 3,8 3,8 Şekil.12. Dyneema® tiplerinin özellikleri

4.2.2.2 Spectra® LifleriSpectra lifi Allied Signal tarafından geliştirilen PE esaslı bir başka lif

grubudur. Spectra Shield, Spectra liflerinden yapılan bir dokusuz yüzeydir, balistik zırh yapımında kullanılmaktadır. Spectra, esnek bir termoplastik reçinede destekleyici lif olarak kullanılmaktadır. İki tabaka arasına belli açılarda (0-90) yerleştirilen lifler, ısı ve basınç etkisiyle bir kompozit yapı içerisinde eritilmektedir.

Düşük yoğunluklu polietilen film ile laminasyonlanan materyal daha sonra kesilir ve balistik kumaş yapımında kullanılır. Spectra, yüksek hızdaki cisimlere karşı iyi bir koruma sağlamaktadır. Esnek kompozitlerden yapılan yelekler dokuma kumaşlardan çok daha fazla avantaj sağladıkları için daha yaygın kullanılmaktadırlar. Bunlardan yapılan kumaşların balistik performansı oldukça iyidir. Merminin durdurulması yanında vücut üzerinde oluşabilecek travma etkisini de en aza indirilebilir. Bir balistik yelek aynı zamanda araç kazalarına ve çeşitli çarpmalar sonucu yaralanmalara karşı da bir ölçüde koruma sağlayabilir.

4.2.4.PBO Lifleri PBO ( poli-p-fenilenbenzobisoksazol), 4,6-diamino-1,3-benzendioldihidroklorür (DABDO) ile tereftalik asidin (TA), polifosforik asit içerisinde (PPA) polikondenzasyonu sonucu elde edilmektedir. PBO’nun polikondenzasyon reaksiyonu Şekil 11’de görülmektedir.

Oldukça rijit olan polimerler yüksek sıcaklıklara dayanıklıdırlar ve birkaç çözgen sistemi haricinde çözünmemektedirler. Bu nedenle PBO liflerinin üretimi için, geleneksel eriyikten ya da çözeltiden lif çekimi yöntemleri uygulanamamaktadır. Bu lifler PPA içerisinde çözülerek, para-aramid liflerinde olduğu gibi, sıvı kristalin fazında, sıcaklık ve basınç altında kuru jet-yaş lif çekimi yöntemine göre üretilmektedir. Düzeden geçtikten sonra bir hava pasajından geçen çözelti, genellikle oda sıcaklığındaki sudan oluşan koagülasyon banyosuna girmektedir. Ardından yıkama,

kurutma ve ısıl işlemle proses tamamlanmaktadır. Isıl işlem 500-700 oC civarında, azot ortamında birkaç saniye ile birkaç dakika arasında değişen sürelerde yapılmaktadır. Isıl işlem esnasında lifler gerdirildiğinden, tam kristalizasyon bu aşamada sağlanmaktadır.

Şekil 13. PBO Polikondenzasyon reaksiyonu

PBO lifleri diğer yüksek performanslı liflerle kıyaslandığında, mükemmel mekaniksel özellikler göstermektedir. Oldukça yüksek yanma dayanımı ve yüksek termal stabiliteye sahiptir.Aramid liflerinde olduğu gibi, PBO lifleri de yüksek enerji absorbsiyonu ve fibriler morfoloji sayesinde darbe etkisinin hızlı bir şekilde yayılmasını sağladığından, balistik koruyucu giysilerde kullanılmaktadır.

4.2.4.1 Zylon® LifleriP-aramid liflerinden kuvvet ve modül olarak iki kat daha güçlü yeni nesil

süper liflerdendir. Zylon’un bozunma sıcaklığı p-aramid liflerinden 100oC daha yüksektir.

İki çeşidi vardır: AS ( as spun) ve HM ( yüksek modüllü). HM, AS’den modül, nem kazanımı vs. bakımından farklıdır.Tabloda bu karşılaştırmalar yapılmaktadır.

Zylon® AS Zylon® HMLif incelikleri 1,7 1,7Yoğunluk (g/cm3) 1.54 1.56Gerilme gücü (cN/dtex) (GPa) (kg/mm2)

375.8590

375.8590

Gerilme modülü (cN/dtex) (GPa) (kg/mm2)

115018018000

172027028000

Kopma uzaması(%) 3.5 2.5Nem dönüşümü (%) 2.0 0.6Dekompozisyon sıcaklığı(oC) 650 650LOI 68 68

Termal genleşme katsayısı - -6x106

Şekil.14. Zylon AS ve Zylon HM’nin özelliklerinin karşılaştırılması

Zylon lifleri yüksek performans liflerinin içinde en yüksek gerilme kuvveti ve modülüne sahiptir. Zylon büküm verilmeden kullanılır. Doğru gerilme kuvvetini ölçmek için büküm uygulanması gerekir.

Büküm faktörü = 0.124 x ( tur sayısı) x (dtex)0.5

Zylon p-aramid liflerine göre mükemmel bir akma direnci gösterir. Zylon HM için belli bir ağırlık uygulanarak elastik uzama ve plastik uzama ölçülmüştür. 100 saat %50 kopma kuvveti uygulandıktan sonra plastik uzama görülür. Akma parametresi p-aramid ile karşılaştırılmıştır. Zylon p-aramidin yarısı kadar bira akma parametresine sahiptir. Akma uzaması her lif için kopma ağırlığının %50’sinin altında bir ağırlıkta ölçülmüştür. (www. toyobo .co.jp/e/seihin/kc/pbo/technical.pdf )

4.2.5 PIPD Lifleri (M5)M5 lifleri Akzo Nobel tarafından geliştirilmiş yüksek performanslı bir liftir

ve şu anda Magellan Systems International tarafından üretilmiştir ( Cunniff 1999). M5 lifleri katı çubuk polimer şeklinde basit bir hal almıştır ve bu polimerin yapısı şekilde gösterilmektedir.

Şekil 15. M5 polimerinin tekrar ünitesi ve kristal yapısı

M5 liflerinin kristal yapısı bütün diğer yüksek performanslı liflerden farklıdır. Esas ana zincirlerinde kovalent bağ içerir, fakat bu boyutunda hidrojen bağı yer alır (Klop and Lammers, 1998).

M5 (1999-2000)M5 (Nisan 2002)M5 (Hedeflenen)

Dayanım, GPa 4 5,3 9,5Kopma uzaması, % 1,2 1,5 >2Modül, GPa 330 350 >400Higroskopik nem, % 2,0 2,0 2,0

Sıcaklık dayanımı, oC 530 530 530

Şekil.16. M5 liflerinin özellikleri

4.2.6 Örümcek İpeği Lifleri Modül 10-50 GPa, kopma uzama %10-30, gerilme kuvveti 1,1-1,4 GPa.

Örümcek ipeği tamamen proteinden oluşmuştur. Üretimi doğal sıcaklık ve basınçta su bazlı çözeltiyle sağlanmaktadır. Diğer petrol esaslı yüksek performans liflerinin üretiminde tehlikeli kimyasallar kullanılmaktadır.

Günümüz teknolojisi ile örümceklerin nasıl ipek ürettiklerini ve bunu neden yaptıklarını biliyoruz. Yakın zamanda endüstriyel kullanım için üretilebilecektir. Kullanılabileceği alanlar; medikal alanda ameliyat malzemesi (insan tendonları), yumuşak vücut zırhı, halat, hava geçirmeyen kontakt lensler, paraşütler yapımında kullanabilirler.

Şekil 17. Örümcek ipeği

Genelde glisin, alanin aminoasitleri uzun tekrar eden zincirler oluşturarak, ipeğin hammaddesi olan filamentleri oluşturur. Örümcek ipeği hızla giden bir kurşunu durdurabilecek kadar güçlü ve oldukça elastik bir liftir. Ayrıca doğal bir polimer olması nedeniyle çevre dostu bir liftir. Örümcek ipeğinin yüksek dayanımı nedeniyle bu lifin balistik ürünlerde kullanımı uygundur. Ancak yüksek esnekliği balistik kullanımda bir dezavantaj oluşturmaktadır. Örümcek ipeğinin balistik koruma ürünlerinde kullanımıyla ilgili araştırmalar devam etmektedir. Örümcek liflerinin bir çok çeşidi bulunmaktadır. Her bir örümcek türü farklı içerikte örümcek lifi üretmektedirler.

Yapay Örümcek İpeği: Geçmişte insanlar çok sayıda örümcek ile örümcek ipeği üretmişlerse de, bu pek de kazançlı olmamıştır. 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. Diğer denemeler ise, bu genlerin bakteri ve mayalara aktarımı ile gerçekleştirilmiştir. Bunlardan elde edilen proteini uygun bir çözgende çözdükten sonra lif çekiminin gerçekleştirilebildiği ifade edilmektedir. Yapay örümcek ipeği liflerinin yapay tendon ve bağların üretiminde, ameliyat ipliklerinde, kurşun geçirmez yelekler gibi bir çok alanda kullanım alanı bulacağı düşünülmektedir.

4.3. Balistik Korumada Kullanılan Tekstil MalzemeleriGünümüzde balistik koruyucular: Üniforma altına ye da üstüne giyilebilen

yelek ve zırhlar, yağmurluklar, rüzgarlıklar ve evrak çantaları gibi birçok farklı şekilde kullanılabilmektedirler. Bir balistik koruyucu giysiyi tasarlarken dikkat edilmesi gereken en önemli tasarım parametreleri: Balistik koruyucu malzemenin secimi, gereken koruma derecesi (parçacık tipi, kalibresi, darbe hızı), bitmiş giysinin ağırlığı, kişinin konforu ve hareket serbestliğidir. Sivil hayatta balistik giysilerin çoğu gömleğin altına giyilmekte iken, askeri kullanıcıların çoğu için bu durumun tersi geçerli olmaktadır. Sunu da belirtmek gerekmektedir ki, belirli bir darbe hızında bir parçacığa karsı koruma sağlayan bir zırh, darbe hızı arttırıldığında aynı parçacık için koruyucu etkisini yitirebilmektedir.

Balistik koruma, atılmış olan mermi ye da keskin parçacıkları mümkün olduğunca kısa mesafede yakalamayı hedeflemektedir. Bu da, çok yüksek mukavemet ve düşük elastikiyete sahip olan yüksek modüllü tekstil liflerinin kullanılmasını gerektirmektedir. Düşük elastikiyet, parçanın darbe anında kumaşta girinti yapmasını ve buna bağlı olarak yaralanmaları engellemektedir. Mümkün olan en düşük bükümde üretilmiş kesiksiz multifilament iplikler, iyi sonuçlar sağlamaktadırlar.

Alifatik poliamid 6,6 (balistik naylon) lifleri, yüksek modüllü ve kristalleşmedereceleri yüksek, uzama yetenekleri ise düşük olduğundan, geçmiş yıllarda özellikle nispeten düşük hızlı silahlardan koruma amaçlı kursun geçirmez yeleklerde ve miğferlerde sıklıkla tercih edilmişlerdir. Ancak, yüksek mukavemet ve modüle sahip liflerle çok katlı olarak üretilmiş olan bu yeleklerin dezavantajı, ağırlıklarının fazla olmasıdır. Ayrıca bu yelekler ıslandıklarında mukavemetleri düşmekte ve su buharı geçirgenlikleri azalarak yeleğin içindeki ısı artmaktadır. Balistik koruyucuların ıslandıklarında da performanslarını korumaları istenmektedir. Daha hızlı ve tehlikeli silahlara karsı korunma gerekliliği, yüksek performanslı liflerinve esnek kompozitlerin gelişimini sağlamıştır. Günümüzde balistik koruma için en fazla kullanılan lifler: Aram id (KevlarR, TechnoraR, TwaronR) lifleri, ulara yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE) (SpectraR, DyneemaR, TekmilonR) lifleri ve sıvı kristal polimeri esaslı (VectranR) liflerdir. Para-aram id lifleri, yüksek mukavemet ve yüksek enerji absorbsiyonu gibi özellikleri kombine ettiklerinden, özellikle kusun geçirmez yeleklerde ve miğferlerde çok kullanılmaktadırlar. Bu lifler, yeleğin ağırlık ve hacmini azaltırken, balistik performansını arttırmaktadırlar. Sonuç olarak, aram id liflerinden yapılan yelek ve miğferler günümüzde çelik miğferlerin ve poliamidden yapılmış yeleklerin yerini almaktadırlar. Ulara yüksek molekül ağırlıklı polietilen lifleri: Düşük yoğunluk, iyi aşınma direnci vekimyasallara karsı yüksek dayanım… gibi özellikleri sayesinde bu alanda tercihedilmektedirler. Miğfer olarak kullanılacak olan kompozit malzemelerin yapımında bu lifler kullanıldığında, birim alan ağırlığı bakımından balistik poliaside nazaran %45’lik azalma sağlanabileceği görülmüştür. Bilindiği gibi malzeme ne kadar hafif olursa, kişinin hareket kabiliyeti de o kadar artmaktadır. Mukavemette düşüşe yol açmadığı surece kişinin hareket kabiliyetinin artması ise balistik performansı arttırmaktadır. Bu nedenle, bu liflerin yüksek mukavemetleri ve olağanüstü mukavemet/ağırlık oranları, bunları balistik tekstiller için son derece uygun lifler yapmaktadır. SpectraRShield, iki kat lif tabakasının polimerim reçineyle emdirilmesiyle oluşan nonwoven esaslı bir kompozit zırh yapısıdır. İstenen sayıda SpectraRShield katmanı bir arada preslenerek, farklı balistik uygulamalar için gerekli kalınlık ve ağırlıkta zırhlar elde edilebilmektedir. Bu malzeme, esnek, ince ve hafif zırhların elde edilebilmesine de olanak vermektedir.Sıvı kristal polimeri esaslı lifler de: Yüksek mukavemet, sertlik, düşük nem

absorbsiyonu, düşük genleşme ve kimyasallara karsı yüksek dayanım… gibi özellikleri sayesinde balistik koruma ürünlerinin yapımında tercih edilen lifler arasında yer almaktadırlar.Balistik koruma sistemlerinde, hibrid yapıların kullanımı da her gün biraz dahaartmaktadır. Aram id kumaşlar ile bir metrikse emdirilmiş ulara yüksek molekül ağırlıklı polietilen nonwoven kompozitlerin kombine edilmesiyle elde edilmiş olan yapılar, kumaşların sağladığı esneklik ve konfor özellikleriyle, nonwoven kompozit materyallerin yüksek performans özelliklerini bünyesinde birleştirmektedir.Balistik uygulamalar için nonwoven keçeler de mevcut olmakla birlikte, en çokhacimli ve gevsek dokunmuş bez ayağı konstruksiyonlar kullanılmaktadır. Bu amaçlakullanılmış ilk malzemelerden biri dokunmuş ipek malzemelerdir. Ayrıca örümcek ipeğiyle yapılmış çalışmalar da bulunmaktadır. Kursun geçirmez yeleklerde esnek kompozitlerin kullanımı, bunların dokuma kumaşlara göre sahip oldukları esneklik, hafiflik, daha iyi balistik performans… gibi ustun özellikler sebebiyle, her gecen gün biraz daha artmaktadır.

Kumaşların gevsek dokunması, giysi kısımları için uygun olan hafif ve esnek biryapının oluşturulmasını sağlamaktadır. Ancak bu durumda merminin iplikler arasından gedmesi olasılığı ortaya çıkmaktadır. Balistik koruma yapıları genellikle 5–20 kat kumaştan imal edildiklerinde iyi bir performans göstermektedirler. Kursun geçirmez yeleklerde her kat birbirinden bağımsız hareket edebilmelidir. Bu katmanlar çizgi ye da kare seklindeki kapitonelerle birbirlerine tutturularak esneklik ve kişinin vücut hareketlerine uyum sağlanmaktadır. Balistik kumaşlar nem ve güneş ışığı (UV) etkilerinin balistik performansı düşürmemeleri için, hafif, sıkı ve su geçirmez bir kaplama içine alınmalıdırlar. Balistik yelek ve miğfer sistemleri, vücuttaki hayati kısımları korumak için bir aradaçalışmalıdırlar. Balistik yelekler, 13 kat KevlarR ile bir kat balistik poliamidden üretilmiş kumasın kombine edilmesiyle üretilebilmektedirler. Günümüzde balistik koruyucu miğferlerde kompozit yapıların kullanımı, bayan ve erkekler için farklı ölçülerde miğfer yapılabilmesine olanak sağlamıştır. Miğferlerde kullanılacak bir balistik koruyucu kompozit, 19 kat KevlarRın, polivinilbutiral ve fenol formaldehit reçineleriyle basınçlı kalıplama tekniğine göre muamelesiyle elde edilebilmektedir. Bu tip miğferler, 1970’lerin sonlarından itibaren çelik miğferlerin yerini almaya başlamışlardır. Tüm vücut ve kafanın korunması için en son tasarlanmış olan giysi sistemi EOD(Explosive Ordnance Diskosal Clothing) olarak adlandırılmaktadır. EOD giysisi 16 katKevlarR’dan üretilmektedir. Giysinin farklı ağırlıkta ve beden ölçüsünde olan türlerimevcuttur. Ceket giyen kişiye komple koruma sağlarken, pantolon önde korumasağlamaktadır. EOD miğferi, 12 veya daha fazla kat KevlarR’dan oluşmaktadır.

4.3.1. Balistik Tekstil Malzemelerine Uygulanan TestlerBalistik malzemeler, standart ağırlık ve boyuttaki mermilerle farklı atış menzillerindedenenmektedirler. Testlerde, kalite kontrol olcusu olarak V50 kullanılabilmektedir. V50, penetrasyon olasılığının 0,5 olduğu, yani atılan mermilerden %50 sinin balistik malzemeye girdiğini ve %50 sinin ise girmediği mermi hızı (m/s) olarak ifade edilebilmektedir. Atış denemeleriyle, her bir balistik malzeme ve her bir mermi için V50 değeri elde edilmektedir.Bir diğer olcum parametresi de VC ye da V0 olarak ifade edilen “kritik hız”dır. Kritik hız, delip gedmenin olmadığı en yüksek hız değerini göstermektedir. Balistik malzemelerin amacı insan vücudunun hasar görmesini önlemek olduğu için, bu önemli bir parametredir.

Şekil.18.Balistik darbe yüzünden liflerde meydana gelen yer değişiklikleri dışarı çıkan

lifler

Şekil.19. Balistik darbe sonucu HMPE liflerinde meydana gelen erime

Şekil.20. Balistik darbe altında M5 liflerinin kopuşu

Şekil.21. Balistik darbenin kumaşta yol açtığı hasar