Balistik uygulamalar için nanokompozit nanolif malzeme üretiminin geliştirilmesi

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.