Search

Bu çalışmada Alümina, Grafen/Epoksi ve Ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilenden (UHMWPE) oluşan çok katmanlı seramik/kompozit balistik zırhın 7.62x63 M2 (30-06) kalibre zırh delici (AP) mermi etkisi altındaki performansı sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Kompozit yapıyı oluşturan Grafen/Epoksi ve UHMWPE katmanı 3 farklı kalınlıkta kullanılmıştır. Zırhın balistik özelliklerini belirlemek için LS-DYNA’da explicit dinamik analizler yapılmıştır. Johnson-Cook, Johnson-Holmquist, Composite_ Failure_Solid_Model ve Plastic_Kinematic malzeme modelleri sırasıyla mermi, seramik ve kompozit malzemeler için tanımlanmıştır. Analiz sonuçları merminin artık hızı ve zırh yapısının hasar durumu (kısmi veya tam penetrasyon) dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Toplam kalınlığı 16 mm ve 18 mm olan çok katmanlı zırhlarda çarpışma sonrası tam penetrasyon gözlenirken, 20 mm kalınlıktaki zırhta kısmi penetrasyon gözlemlenmiştir. Böylece, bu çalışmayla 20 mm kalınlıktaki zırhın NIJ 0101.06 Level IV standartlarında 7.62x63 M2 AP (30-06) mermiye karşı mevcut zırh plakalarından daha iyi koruma seviyesinde, daha dayanıklı olduğu ortaya konulmuştur.

Termoset plastik malzemenin (poliüretan) matris olarak kullanılmasıyla personel balistik koruyucu plaka üretilmiştir. Poliüretanın ana malzeme olarak kullanılması sayesinde; sinterleme metoduyla elde edilen yüksek dayanımlı plakalara muadil bir balistik darbe dayanımı elde etmek ve balistik elyafların tutuculuğunu artırmak amaçlanmıştır. Dayanımı en yüksek personel koruyucu balistik plakalar, projektilin geliş yönünde önde bir seramik blok ve arkasında balistik elyaf katlarından oluşan bir katman olacak şekilde iki katmandan oluşur. Önde yer alan seramik katman, yüksek sertlik değerlerine sahip seramik tozların (alüminyum oksit, silisyum karbür, bor karbür, kuvars ve silisyum dioksit) termoset plastik matris içerisine kompoze edilmesiyle ve hidrolik pres vasıtasıyla oluşturulmuştur. Elyaf katman ise, yüksek molekül ağırlıklı polimerlerin termoset plastik matris içerisine kompoze edilmesi ve bu karışımın elyaf katlar arasına tatbik edilmesiyle oluşturulmuştur. Balistik elyaf olarak Ultra Yüksek Molekül Ağırlıklı Polietilen (UHMWPE) ve Aramid Fiber kumaşlar kullanılmıştır. Termoset plastik numuneleri, Charpy tek çentikli darbe ve basma deneylerine tabi tutulmuştur. Poliüretan matris içerisinde molekül ağırlığı yüksek polimer kompozisyonunun, darbe dayanımını artırdığı ve poliüretan tepkimesinde katalizör olarak DBTL kullanmanın basma dayanımını artırdığı görülmüştür. Numuneler öncelikle 15 cm çapında dairesel kalıp içerisinde hazırlanmıştır. Seramik katman numuneleri, arkalarında elyaf katman olmadan 9 mm Parabellum tabanca mermisi ile atış testine tabi tutulmuş ve en düşük penetrasyona sahip formül belirlenmiştir. Daha sonra elyaf katman numuneleri Düşen Ağırlık Darbe Testi (Drop Tower Impact Test) testine ve “12 kalibre tek kurşun” ile pompalı tüfek atışına tabi tutulmuştur. Bu sayede optimum elyaf katman kompozisyonu belirlenmiştir. Uygun seramik kompozisyonu ve uygun elyaf kompozisyonu termoset plastik vasıtasıyla birleştirilmiş ve numuneler 7,62 mm Tam Metal Kaplama mermi ile yivli tüfek atışına tabi tutulmuştur. 15 cm çapında dairesel numunede başarılı sonuç alınmasını müteakip, 30 cm x 30 cm ebatlarında kare şeklinde numune üretilmiş ve 7,62 mm Tam Metal Kaplama mermiyi 35 mm arka yüz deformasyonuyla durdurduğu tespit edilmiştir. 8’inci Ana Bakım Merkezi Komutanlığı /AFYON’da balistik teste tabi tutulan iki nihai numunenin, NIJ Standart 0101.06 Performans Test Tablosuna göre NIJ IIIA ve NIJ IV sevilerinde balistik koruyuculuğa sahip oldukları tespit edilmiştir. Sinterleme yöntemiyle üretilen muadil zırhlarla aynı ağırlıkta ve daha ince balistik koruyucu plaka bu yöntemle üretilebileceği görülmüştür. By using thermoset plastic material (polyurethane) as a matrix, personnel protective ballistic plate was produced. It is aimed to obtain a ballistic impact resistance equivalent to high strength plates produced by sintering method and to increase the durability of ballistic fibers, via polyurethane as the main material. Personnel ballistic plates with the highest protection level consist of two layers, in the direction of the projectile a ceramic block at the front and a layer of ballistic fibres at the back. The leading ceramic layer is formed by composing high-hardness ceramic powders (aluminum oxide, silicon carbide, boron carbide, quartz and silicon dioxide) into the thermoset plastic matrix and by means of a hydraulic press. Besides, the fiber layer is formed by composing high molecular weight polymers into thermoset plastic matrix and applying this mixture between the fiber layers. Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) and Aramid Fiber fabrics were used as ballistic fibres. Thermoset plastic samples were subjected to Charpy notched impact and compression tests. It was seen that the polymer composition with high molecular weight in the polyurethane matrix increases the impact resistance and engaging DBTL as catalyst in polyurethane reaction increases the compression resistance. The samples were prepared in a circular mold with a diameter of 15 cm. Ceramic layer samples were firstly subjected to shooting test with 9mm Parabellum pistol bullet, without fiber layer behind them and the formula with the lowest penetration was determined. Later fiber layer samples were subjected to Drop Tower Impact Test and shotgun shooting ballistic test with the "12 gauge slug" bullet. In this way, the optimum fiber layer composition was determined. Suitable ceramic composition and suitable fiber composition were combined with thermoset plastic and samples were subjected to rifle shooting test 7.62 mm Full Metal Jacket bullet. Following a successful result in a 15 cm diameter circular sample, 30 cm x 30 cm size square shaped samples was manufactured and 7.62 mm Full Metal Jacket projectile was stopped with 35 mm backface signature. The two final samples, which were subjected to ballistic testing at the 8th Main Maintenance Center Command / AFYON, were found to have ballistic protection at NIJ IIIA and NIJ IV levels according to the NIJ 0101.06 Performance Test Table. It has been observed that, a ballistic plate having the same weight with the equivalent plates produced by the sintering method but thinner than them can be produced with this method.

Çok Yüksek Yoğunluklu Polietilen Malzemesi (UHMWPE); biyouyumluluğu, kimyasal kararlığı, aşırı dayanma direnci ve düşük sürtünme kat sayısı sayesinde ortopedi de toplam eklem değiştirmede yatak malzemesi olarak 30 yılın üzerinde kullanılmaktadır. Fakat bu malzemede rastlanan en büyük problem aşınmadır. Aşınma sonucunda oluşan aşınma partikülleri doku tepkilerine neden olmakta, bunun sonucunda eklem değiştirmedeki başarısızlığın önemli faktörlerinden biri olan osteoliz ve aseptik gevşeme meydana gelmektedir.Bu çalışmanın amacı; talaşlı işlem parameterelerinin, UHMWPE `nin yüzey pürüzlülüğüne etkilerinin araştırılması ve optimizasyonudur.Anahtar sözcükler: UHMWPE, işleme parametreleri, aşınma, yüzey pürüzlülüğü The ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) has several excellent properties, including bio-compatibility, chemical stability, effective impact load damping and low friction coefficient, because of which it has been the choice as the orthopaedic bearing material in total joint replacement for over 30 years. But the wear of UHMWPE and the resulting wear debris induced a tissue response that resulted in osteolysis and aseptic loosening is now recognized as one of important factors in failure of joint replacement.In this study, aim is investigation and optimisation of the effects of machining parameters on the surface roughness of ultra high moleculer weight polyethylene (UHMWPE).Keywords: Ultra High Moleculer Weight Polyetlylene (UHMWPE), machining parameters, wear, surface roughness. 88

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır. Yapılan çalışmada UHMWPE pimin paslanmaz çelik ile beraber ve kuru ve sulu ortamlarındaki sürtünme ve aşınma özelliklerini pim-on-diskte deneysel olarak incelenmiştir.Tezde öncelikle biyomalzemeler ve UHMWPE hakkında bilgi verilmiştir. Sonra polimerlerin aşınma ve sürtünme özellikleri açıklanmış, daha sonra ise UHMWPE'nin biyomalzeme olarak çok kullanıldığı eklem replasmanı tedavisindeki rolü ve mekanizması açıklanmıştır. Tezin son bölümlerinde yapılan deneyler ve deney sonuçları aktarılmıştır.Yapılan deneylerde GUR 1020'nin değişik hız ve yüklerdeki sürtünme değerleri bilgisayar ortamına aktarılarak otomatik olarak ölçülmüştür. Deney başlangıcında ve bitiminde pimlerin ağırlıkları ölçülerek aşınma miktarları ve sıcaklıkları elde edilmiştir. Sıvı ortamlar; saf su, saf su+ yumurta albümini, Hank'ın dengeli tuz çözeltisi (HBSS) ve bu çözeltiye eklenen hiyalüronik asittir (HBSS+HA). Deney odası ortamının sıcaklığı ve ortam nemi deney süresince takip edilmiştir. Deney sıvılarının sürtünme ve aşınma mekanizması üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda HBSS+HA'lı sıvı ortamda sürtünme ve aşınma değerlerinin diğer ortamlardakinden daha iyi olduğu görülmüştür. En yüksek sürtünme ve aşınma değerlerinin kuru ortamda olduğu belirlenmiştir.Aşınmaya direnci iyi olduğu bilinen UHMWPE'nin bu özelliği çalışmalarımızda ortaya çıkmıştır. Aşınma çok düşük değerlerde çıkmıştır. En yüksek aşınmaya sahip ortam kuru ortamdır. En düşük aşınma oranı ise HBSS+HA ortamındadır. Ancak sıvı ortamdaki değerler birbirine çok yakındır. Teste tabi tutulan deneylerde sürtünme ve aşınma için en etkili unsurun kayma hızı ve sıvının etkisi olduğu görülmüştür. Kayma hızının artmasıyla sürtünme katsayısı artmıştır. Aynı kayma hızındaki deneylerde yükün artmasıyla sürtünme katsayısı düşmüştür. In this work, friction and wearing properties of UHMWPE with steel under friction conditions in wet and dry environments are experimentally investigated by using a pin-on-disc device.In this thesis, Biomaterials and UHMWPE are primarily explained. Then, wear and friction properties of polymers, and finally the role and mechanism of UHMWPE in joint displacement treatment in which UHMWPE is mostly used as a biomaterial is explained. In the final section of this work, the experimental studies and their results are represented.The friction values of GUR 1020 for different speed and loads are transferred to the computer environment and automatically calculated through the experiments. The weights of pims are measured at the beginning and at the end of the experiments, thus the friction values and the temperatures are measured. The fluid medias were distilled water, distilled water with egg albumin, Hank?s balanced salt solution (HBSS) and hyaluronic acid which is added on HBSS (HBSS+HA). The temperature and humidity of the test environment is continuously measured through all tests. The effects of test fluids on the friction and wearing mechanism are investigated. It?s seen from test results that the friction and wearing values of HBSS+HA fluid media are better than other medias. The highest friction and wearing values are obtained in dry conditions.UHMWPE has been believed to have a good wearing property, and this property of UHMWPE has been revealed in our studies. The environment that exhibits the highest wearing behavior is the dry environment, and the lowest wearing ratio is obtained in HBSS+HA media. But the values in fluid medias are very close to each other. In experiments that are exposed to a test, sliding velocity and fluid are obtained to be the most effective components for the friction and wearing values. The friction coefficient was increased with the increase in sliding velocity. In experiments that are performed under the same sliding velocity, the friction coefficient was decreased with the increase in load.