ULTRA YÜKSEK MOLEKÜLER AĞIRLIKLI POLİETİLEN LİFLERİNİN BALİSTİK ALANINDA KULLANIMI
Polietilen‘in kimyasal yapısı Hidrojen ve Karbon atomlarını içerir. Bu atomlar her bir Karbon atomuna iki tane Hidrojen atomu bağlanmış şekilde durmaktadır[1]. Ultra yüksek Polietilen lifleri öz kütlesi 0,97 g/cm3 olan ve molekül ağırlığı milyonlar seviyesinde olduğu düşünülen kimyasal bir Polietilen grubudur. Uzun molekül zincirlerine sahip polimerlerde, moleküller arası etkileşimi kuvvetlendirmek için üstüne gelen yükün polimerdeki moleküllere daha iyi yayılması sağlanmalıdır. Ultra yüksek Polietilen liflerin bu özelliği polimerin daha sert bir yapıya sahip olmasını sağlar.
Ultra yüksek Polietilen’in içinde bulunduğu molekül grubunda Van der Waals bağları zayıftır. Moleküllerin uzunluğunun fazla olmasından dolayı moleküller arası kayma kuvveti taşınır ayrıca moleküller arası bağ sayısı fazla olduğu için bütün molekülün içindeki toplam bağ kuvveti yüksektir. Ultra yüksek Polietilen elyaflarında içerisinde bulundurduğu zincirin % 95 inden daha fazlası paralel hale gelir ve bunun sonucunda elyafın kristallik seviyesi %85 olduğu görülmüştür bu duruma istinaden bağlar arası kuvvet güçlenir.
Ultra yüksek Polietilen elyafların en iyi özelliklerinden biri sürtünme kat sayısının düşüklüğünden dolayı aşınma direncinin iyi olmasıdır. Aşınma direncinin Teflon’dan daha iyi olduğu bilinmektedir ayrıca karbon çeliğinden 15 kat daha iyidir.
Ultra yüksek Polietilen’in erime sıcaklığı yaklaşık 144 ºC’dır. Bu sebepten dolayı ultra yüksek Polietilen elyafların sıcaklığının 100 ºC geçmemesi istenmektedir. Ultra yüksek Polietilen yapısında Ester, Hidroksil gibi kimyasal yapılar bulunmadığı için pek çok kimyasal maddeye ve en önemlisi UV ışınlarına karşı dirençlidir. Polietilen lifler uzun süre yüke maruz kalırsa sürünme etkisinden dolayı deforme olabilir [2]. Ayrıca ultra yüksek Polietilen liflerin düşük yüzey enerjilerinden dolayı polimerlere yapışma işlemi zordur [1].
Ultra yüksek Polietilen liflerin imalat sanayisinde birçok uygulaması vardır. Bu uygulamadaki çokluğun en büyük sebebi aşınma dirençlerinin ve darbeye karşı direncinin iyi olması gösterilmektedir [2].
Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen Liflerin Kullanım Alanları
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen liflerin kullanım alanlarından biri taşıma borularıdır. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen liflerinin aşınma direncinin yüksek olması nedeniyle taşıma borularında kullanımı mevcuttur ayrıca bu liflerden üretilmiş olan borular güneş altında 50 yıl, eğer yer altında kullanılırsa 100 yıl dayanıklı olduğu bilinmektedir [1].
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen liflerden üretilmiş olan boruların yüzeyleri düzgündür ve kendi kendilerini yağlama özelliğine sahiptir. Bu sebepten dolayı diğer borulara göre çok iyi derecede anti scaling özelliğine sahiptirler [2]. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen borular metalürji endüstrisi, elektrik güç fabrikası, gemi endüstrisi, kimya endüstrisi, konstrüksiyon endüstrisi gibi alanlarda kullanılmaktadır [2].
Resim 1: Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen Liflerden Yapılmış Taşıma Boruları [1]
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen liflerden levhalar yapılmaktadır, bu levhalar aşınma blokları, kızak yapımı, kanal hoper kaplamada kullanılabilmektedir. Kullanım alanını özelleştirecek olursak yiyecek üretim hatlarındaki konveyörlerde aşınma dirençlerinin yüksek olması sebebiyle kullanılmaktadır [2].
Liflerin düşük nem tutma özelliğinden dolayı bu levhalar denizcilik sektöründe de tercih edilmektedir. Ayrıca düşük sıcaklıkta işlenebilirliği nedeniyle sentetik buz levhalarında da kullanılır [2].
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen lifler dişli yapımında da kullanılmaktadır. Dişliler makine elemanları arasında en fazla sürtünmeye maruz kalan makine elemanlarından biridir. Bu sebepten dolayı dişlilerde aşınma direnci çok önemlidir, aşınma direncini dişlinin yapıldığı malzeme etkilemektedir. Bu sebepten dolayı dişli malzemesinin yüksek aşınma direncine sahip olan ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen lif olması önem arz etmektedir. Ayrıca ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen lifler mühendislik plastikleri arasında darbe dayanımı en yüksek olanıdır. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen dişlilerin darbe direnci malzemesinden dolayı yüksektir ayrıca malzemenin kimyasal kararlılığı yüksek olduğu için darbe direnci ve aşınma direnci -269 °C de bile değişmez. Bu liflerden üretilen dişlilerin ağırlıkları çelikten 8 kat daha azdır, bu hafiflik kolay taşınma ve montaj üstünlüğünü sağlamaktadır [2].
Resim 2:Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen Liften Yapılmış Dişliler [2]
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen liflerin medikal alanında da kullanıldığı bilinmektedir. Yaklaşık kırk senedir çeşitli tıbbı araçlarda bu lifler kullanılmaktadır. Özellikle aşınma direncinin iyi olması ve hafif olmasından dolayı yapay kemik yapımında kullanılmaktadır [2].
Resim 3: Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen liflerin kemik yapımında kullanımı [2]
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen liflerin en önemli kullanım alanı balistik koruma sağlayan kumaşlardır. Bu liflerden üretilen iki tip kumaş vardır bunlar; Spectra ve Dyneema’dır [4]. Bu iki kumaşın balistik performansı birbirine yakındır. Tomaz ve arkadaşlarının 2015’de yaptığı bir çalışmada iki kumaş levha haline getirilerek balistik performansına bakılmıştır ve bu iki kumaştan üretilen levhaların balistik performansları birbirine yakın çıkmıştır [5]. Ultra yüksek Polietilen liften yapılmış olan kumaşların sadece mermilere karşı değil aynı zamanda şarapnel parçalarına da karşı koruduğu bilinmektedir [6]. Diğer kumaşlar ile kıyaslandığında en önemli özelliğinin hafiflik olduğu görülmektedir. Aşağıdaki tabloda kumaş yapımında en çok kullanılan lifler ile ultra yüksek moleküler ağırlıklı Polietilen lifinin bazı özellikleri verilmektedir.
Kaynak
[1]Baybora Bitlisli; ZIRHLI ARAÇLARDA KULLANILAN KOMPOZİT ZIRH MALZEMELERİNİN BALİSTİK PERFORMANSLARININ İNCELENMESİ, Yüksek Lisans Tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi, 2019, 89s.
[2]Beşergil, B.;http://bilsenbesergil.blogspot.com/p/blog-page_719.html (Erişim Tarihi:17.09.2021, Erişim Saati:11:52)
[3]Bozdoğan, F; Üngün,S; Temel, E; Mengüç, Süpüren G; Balistik Koruma Amaçlı Kullanılan Tekstil Materyalleri, Özellikleri ve Balistik Performans Testleri, Tekstil ve Mühendis, 84-103, Haziran, 2015
[4]Kalaycı, E; Avinç, O; Yavaş, A; Yüksek Performanslı Polietilen (Hppe) Lifleri, Marmara Fen Bilimleri Dergisi, 13-34, 2016
[5] Tomasz, K; Curtis, P; Lannucci, L.; Curtis, P; Pope, D; Investigation of the ballistic performance of ultra high molecular weight polyethylene composite panels, Composite Structures, 197-212p, August 2016
[6] Hakan Yılmaz; ÜÇ FAZLI ELYAF TABAKALI KARMA KOMPOZİT YAPININ BALİSTİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, 2012, 168s.
[7] Halil Bulut; BALİSTİK KORUYUCU TEÇHİZATIN İMALATINDA KOMPOZİT MALZEME KULLANIMI, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, 2003, 137s.
[8]Salih Alarçin; SAVUNMA SANAYİİNDE KULLANILAN KOMPOZİT MALZEMELERİN BALİSTİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, 2014, 104s.
