Balistik plaka ve kask malzemeleri: satın alırken her biri ne anlama gelir?

Seramik bir balistik plaka (alümina, silisyum karbür veya bor karbür) merminin ucunu kırar; parçaları lif destek katmanı tutar. Ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE) plaka, alüminadan yaklaşık dört kat daha az yoğundur ama ısıya daha duyarlıdır. Plakalar aramidden de yapılabilir. Kompozit kasklar cam elyafı, UHMWPE, aramid ya da bunların birleşiminden yapılır; seramikten asla yapılmaz. İyi yazılmış bir Avrupa şartnamesi seviye, standart ve tip (tek başına ya da yalnızca belirli bir yelekle sertifikalı ICW) ister; malzemeyi yalnızca gerekçeyle belirler.

Özetle

• Malzeme gereklilik değil, sonuçtur: satın alınan ürünü seviye, standart ve plaka tipi tanımlar; malzeme yalnızca bir gerekçeyle ve her zaman “veya eşdeğeri” ibaresiyle belirlenir.
• Her malzeme kendi kullanım koşullarını getirir: seramik, darbe ve düşmelerden sonra muayene ister; UHMWPE ise ısıdan uzak depolanmalıdır, çünkü 130 °C civarında erir ve uzun süre yüksek sıcaklıkta kalınca yaşlanır.
• ICW plaka yeleğiyle birlikte satın alınır: NIJ 0101.07, bu plakanın seviyesini yalnızca belirli bir yumuşak zırh modeliyle eşleştirildiğinde tanır.

Balistik plaka neyden yapılır?

Balistik plaka, gövdeyi korumak için yeleğe ya da plaka taşıyıcıya yerleştirilen sert bir parçadır. ABD'de yayımlanan NIJ 0101.07 (2023) standardı buna sert zırh (hard armor) der. Plaka; lif destek katmanlı seramikten, preslenmiş polietilenden ya da aramidden yapılır. AHCEBRIAN'ın ticari temsilciliğini yaptığı Türk üretici Garanti Kompozit'in balistik plakaları destek katmanlı seramikten ya da preslenmiş polietilenden yapılır.

• Destek katmanlı seramik. Plakanın çarpma yüzü, balistik seramik denen sert bir malzemedir: alümina, silisyum karbür (SiC) veya bor karbür (B4C); bor karbür zırh, üç seramiğin en hafifidir. Bu yüz, bir lif destek katmanına yapıştırılır. Chen ve arkadaşlarına göre (Materials, 2022) seramik merminin ucunu parçalar, onu yavaşlatır ve yükü destek katmanına dağıtır. Destek katmanı kırılan seramiği bir arada tutar ve şekil değiştirerek mermiyi frenler.
• Preslenmiş polietilen. Plakada UHMWPE, 0° ve 90° açıyla çapraz dizilmiş, reçineye emdirilmiş ve sıcak preslenmiş UD kumaş katmanları olarak kullanılır. Chen'in çalışmasında yoğunluğu 0,97 g/cm³'tür. Sert bir yüzü yoktur: laminat, enerjiyi şekil değiştirerek emer.
• Aramid. Dokuma ya da kompozit olarak kullanılan sentetik bir liftir (Kevlar ticari bir markadır). Chen ve arkadaşları (Scientific Reports, 2024) aramidi, kompozit hâlinde, destek malzemeleri arasında sayar ve yoğunluğunu 1,4 g/cm³ olarak verir; Alkhatib ve arkadaşları (Polymers, 2021) ise tamamen aramid kompozitten yapılmış plakaları da test eder. Garanti Kompozit'in ürün yelpazesinde plakalarda değil, kasklarda yer alır.

Seramiklerin sertlik ve maliyet karşılaştırması Chen ve arkadaşlarının 2024 tarihli çalışmasından alınmıştır. Malzemenin yoğunluğu plakanın yoğunluğu değildir: her plakanın kütlesi destek katmanına, kılıfa ve seviyenin gerektirdiği kalınlığa bağlıdır. Tablo, kalınlığı ve ağırlığı göreli olarak anlamaya yarar; seviye seçmeye yaramaz.

UD kumaş nedir ve neden yelekte, plakada ve kaskta kullanılır?

UD (unidirectional, tek yönlü) kumaş, tüm liflerin atkısız ve birbirine paralel uzandığı bir levhadır. Her levha tek bir yönde çalışır. Bu yüzden levhalar 0° ve 90° açıyla çapraz dizilir ve reçine, ısı ve basınçla birleştirilir (Yi ve ark., Polymers, 2024, poliüretan matrisle).

Garanti Kompozit, kendi UD polietilen kumaşını Yozgat'taki entegre bir tesiste üretir. 2026 kataloğuna göre bu kumaşı 110 ile 160 g/m² arasında, yumuşak ve sert zırh için ayrı sınıflarda üretir. Kumaş, şirketin yeleklerinin, plakalarının, kalkanlarının ve kasklarının ortak hammaddesidir; araç ve hava aracı zırhında da kullanılır. Şirketin kendi balistik laboratuvarında test edilir. Üreticinin kendi ürünleri için üretilir; bir proje UD kumaş gerektiriyorsa tedarik durumu, geçerli izinlere tabi olarak her talepte ayrıca ele alınır.

Plaka satın alan kurum için bu bilgi dosyadaki bir soruyu yanıtlar: lifi kim, nerede üretiyor? Birleşik Krallık İçişleri Bakanlığı'nın 2017 tarihli Home Office Body Armour Standard belgesinde bir malzeme veri föyü (Appendix B, “Materials data sheet”) vardır. Bu föy, preslenmiş lif içeren her eleman için tam da bu bilgiyi, yani üreticiyi ve üretim yerini ister. Föy ayrıca ipliğin tex değerini (1.000 m ipliğin gram cinsinden kütlesi), katman sayısını ve yapıştırıcıları ister. Kendi UD kumaşını üreten bir üretici bu verileri birinci elden beyan eder. Kumaşı satın alan bir üreticinin ise aynı bilgiyi kumaş tedarikçisinden alması gerekir.

Seramik mi polietilen mi: plakanın kullanımında ve depolanmasında ne değişir?

Üç şey değişir: kalınlık, bir darbeden sonra neyin kontrol edileceği ve plakanın depoda dayanabildiği sıcaklık.

Kalınlık

Birim alan başına aynı kütlede, yoğunluğu düşük malzeme daha fazla kalınlık kaplar. UHMWPE, alüminadan yaklaşık dört kat, bor karbürden ise yaklaşık 2,5 kat daha az yoğundur. Bu yüzden yalnızca polietilenden yapılan bir plaka genellikle daha kalındır. Belirli bir seviye için her yapının ne kadar kütleye ihtiyaç duyduğunu ise yalnızca modelin test raporu söyler.

Darbe, düşme ve muayene

Seramik sert ve kırılgandır; hasarının tamamı gözle görülmez. Chen ve arkadaşları (2022), destek katmanlı seramik plakalardaki hasarlar arasında seramiğin kırılmasını, katmanların birbirinden ayrılmasını (delaminasyon) ve mikro çatlaklar gibi görünmeyen hasarları sayar. NIJ 0101.07, plakaların teste çatlaksız, kenar kırığı olmadan ve kalınlık farkı olmadan gelmesini şart koşar. Standart plakaları ayrıca bir darbe dayanıklılığı şartlandırmasından geçirir (ASTM E3078/E3078M-23).

İçişleri Bakanlığı'nın 039/17 sayılı rehberi, korumanın en fazla 12 ayda bir muayene edilmesini, her darbeden sonra kontrol edilmesini ve balistik ya da bıçak darbesinden sonra her durumda değiştirilmesini önerir. Seramik plakalar için alıcılara, ihale kararından önce üreticiye şu soruyu sormalarını öneriyoruz: düşen bir plaka nasıl kontrol edilir ve hangi ölçütle kullanımdan kaldırılır? Teklif veren üretici olarak bu sorunun yazılı bir cevabını hazır tutabilirsiniz.

Sıcaklık

UHMWPE bir termoplastiktir: Chen ve arkadaşlarının 2024 tarihli tablosu erime noktasını 130 °C olarak verir. Isı, malzemeyi erime noktasına gelmeden çok önce yaşlandırır. NIST'in bir çalışması (Tsinas ve ark., Polymers, 2022) UHMWPE lifleri 43 ile 115 °C arasında yaşlandırmış ve zincir kopması gözlemlemiştir; sıcaklık yükseldikçe kopma daha belirgindir. UD laminatlarda ise Yi ve arkadaşları (2024), sıcaklık −20 °C'den 80 °C'ye çıktıkça akma dayanımının ve rijitliğin (elastisite modülü) düştüğünü ölçmüştür.

İçişleri Bakanlığı'nın 2017 standardı isteğe bağlı bir test öngörür: paneller 24 saat boyunca +50 °C'de ya da −20 °C'de ön şartlandırılır. Standart amacını şöyle tanımlar: “To simulate body armour being stored in extreme temperatures prior to being worn” (zırhın giyilmeden önce aşırı sıcaklıklarda depolanmış olmasını simüle etmek için; bu yazıdaki İngilizce alıntıların çevirileri bize aittir). Koruma bu testi geçerse sertifika ve etiket bunu belirtir. 039/17 sayılı rehber, korumanın doğrudan güneş ışığından, ısı kaynaklarından ve aşırı nemden uzak saklanmasını önerir.

Görüşümüz şudur: plakalar araçlarda, nöbet kulübelerinde ya da iklimlendirmesiz depolarda zaman geçirecekse, alıcı “seramik” ya da “polietilen” istememelidir. Bunun yerine, öngörülen sıcaklıkta şartlandırmadan sonra yapılmış bir test istemelidir. Böyle yazılmış bir şartnamede belirleyici olan malzemenin adı değil, bu testin raporudur.

Tek başına mı, ICW mi: bu ayrım neden malzemeden daha önemli?

Çünkü satın alınan şeyi belirler: tek bir plaka mı, yoksa plaka ve yelekten oluşan bir sistem mi. NIJ 0101.07; yumuşak zırhı, tek başına kullanılan sert zırhı (stand-alone) ve ICW sert zırhı (in conjunction with, “ile birlikte”) birbirinden ayırır. Standart ICW plakayı şöyle tanımlar: “hard armor intended to provide the stated level of ballistic protection only when paired with a specific model of soft armor” (beyan edilen balistik koruma seviyesini yalnızca belirli bir yumuşak zırh modeliyle eşleştirildiğinde sağlaması amaçlanan sert zırh). Sertifika için o yeleğin 0101.07 uygun ürünler listesinde yer alması gerekir (madde 1.3 ve 10.1). İçişleri Bakanlığı standardı da plakaları tek başına ya da sertifikalı bir yumuşak panelle birlikte değerlendirir.

Uygulamada tek başına kullanılan plaka başka bir plaka taşıyıcıya takılabilir. Yeleği olmadan satın alınan ya da başka bir yeleğe takılan ICW plaka ise test raporunda beyan edilen korumanın dayanağını kaybeder. Aynı malzemeden iki plaka, birbirinden farklı satın alımlar gerektirebilir.

Gerçek bir ürün yelpazesinden örnek: Garanti Kompozit'in GRPB plakaları seramik ya da UHMWPE'den, tek başına ya da ICW olarak üretilir; ICW olanlar üreticinin kendi yumuşak yeleğiyle kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Plakalar ortopedik ya da hafif, tek, çift veya çok kavisli olarak üretilir ve her parti tesisten çıkmadan önce kalite planına göre kontrol edilir. Her modelin seviyesi talep üzerine bildirilir.

1. Dış kılıf.
2. Seramik çarpma yüzü.
3. Preslenmiş UD katmanlarından destek katmanı.
4. Arkada yeleğin yumuşak paneli (ICW durumu).
5. Destek katmanının detayı: dokunmamış, düz ve paralel liflerden oluşan, 0° ve 90° açıyla çapraz dizilmiş levhalar.

Kavis de önemlidir. NIJ 0101.07, kavisli plakalarda tepe noktasına (crown) bir atış yapılmasını şart koşar. Tepe noktası, çarpma yüzünün en yüksek noktası, yani kavislerin kesiştiği yerdir. Madde 10.2.4.1'e göre “the supplier shall provide a dimensioned diagram for the test items indicating the crown location(s)” (tedarikçi, test numuneleri için tepe noktasının yerini gösteren ölçülü bir çizim sunmalıdır). NIJ bunu, malzemeler ya da üretim yöntemi nedeniyle plakanın bu noktada daha savunmasız olabileceğiyle gerekçelendirir.

Balistik kask neyden yapılır ve malzeme ne zaman belirlenmeli?

Kompozit balistik kask cam elyafı, UHMWPE, aramid ya da bunların birleşiminden yapılır; kasklarda seramik kullanılmaz. Belirli bir gerekçe yoksa şartname malzemeyi sabitlememelidir. Liang ve arkadaşlarının (Applied Composite Materials, 2021) derlemesi, günümüzün balistik kasklarını malzemeye göre üç türe ayırır: UHMWPE, aramid ve bu iki lifi birbiriyle ya da başka liflerle birleştiren hibrit. Yukarıda anılan NIST çalışması, birçok yumuşak panelin, plakanın ve kaskın UHMWPE lifine dayandığını hatırlatır. Sıcaklıkla ilgili önlemler polietilen kask için de geçerlidir.

Garanti Kompozit; PASGT, MICH, ACH ve ECH tiplerinde UHMWPE, aramid veya hibrit kasklar üretir. ACH ailesi, malzemeyi belirleyen bir şartnameye nasıl cevap verildiğini gösterir. Standart ACH modelinin gövdesi UHMWPE'dendir. Aramid ACH modeli aynı geometriyi ve aynı aksesuarları kullanır; bu malzemeyi isteyen şartnameler için sunulur. Aynı aileden tüfeğe karşı GG-BRH kask da UHMWPE'dendir. Seviyeler, ağırlıklar ve raporlar Garanti Kompozit'in balistik kasklar sayfasından talep edilir.

Şartname aramidi belirliyorsa nedenini bilmek gerekir. Savunulabilir gerekçeler vardır: UHMWPE'nin testle kanıtlamadığı bir sıcaklık gereksinimi ya da hâlihazırda kullanılan kask ve aksesuarlarla süreklilik. Gerekçe yalnızca alışkanlıksa, malzemeyi sabitlemek şartnameyi iyileştirmeden rekabeti daraltır.

Bir Avrupa şartnamesinde malzeme nasıl yazılmalı?

Performans ve belge isteyerek; malzemeyi ise yalnızca bir gerekçe haklı çıkarıyorsa belirleyerek. Seramik ve polietilen plaka sunan bir üreticinin ticari temsilcisi olarak alıcılara önerimiz şudur:

1. Seviye ve standart. İstenen seviye ile standardın baskısı ve ekleri, her zaman “veya eşdeğeri” ibaresiyle.
2. Plaka tipi. Tek başına ya da ICW; ICW ise sertifikalandırıldığı yumuşak yelek modeliyle birlikte ve bu durumda yelek de tedarike dahil olur.
3. Malzeme veri föyü. İçişleri Bakanlığı 2017 standardının B ekindeki veriler, her seramik ve preslenmiş lif elemanı için.
4. Kullanım koşulları. Depolama sıcaklığı, plaka başına azami ağırlık, kavis ve bedenler.
5. Malzeme, yalnızca gerekçeyle. Gerekçe şartnamede yazılı olmalı ve gereklilik bir testle doğrulanabilmelidir.

İki örnek madde (AHCEBRIAN'ın önerisidir, herhangi bir standardın metni değildir):

“(İstenen seviye) seviyesinde, (standart, baskı ve ekleri) veya eşdeğerine uygun, tek başına kullanılan sert plaka; yürürlükteki baskısıyla ISO/IEC 17025'e veya eşdeğerine göre akredite bir laboratuvarın raporuyla kanıtlanır. İstekli bir malzeme veri föyü sunar: her seramik eleman için türü, kalınlığı, yoğunluğu ve Vickers sertliği; her preslenmiş lif elemanı için katman sayısı, yapıştırıcılar ve üretici.”

“Plakalar, Home Office Body Armour Standard (2017) madde 9.2.2'ye veya eşdeğer bir teste uygun olarak +50 °C'de 24 saatlik ön şartlandırmadan sonra da istenen seviyeyi sağlar.”

İkinci madde malzeme yerine ısıdaki davranışı ister: her malzemenin aynı ihalede yarışmasına izin verir ve bunu kanıtlamayı zorunlu kılar. Son bir not: her plakanın, kaskın ya da kumaşın ihracat kontrolü açısından sınıflandırması, ürün bazında yetkili makamla birlikte yapılır.

İhale kararından önce Avrupalı alıcı üreticiye neleri sorabilir?

Aşağıdaki beş soruyu, ihale kararından önce sormaları için alıcılara öneriyoruz. Avrupalı bir alıcıya teklif veren üretici olarak cevaplarını dosyanızda hazır tutabilirsiniz:

1. Her modelin seviyesi, standardı ve baskısı nedir? Test raporuyla birlikte; standart NIJ ise uygun ürünler listesindeki durumuyla.
2. Plaka tek başına mı kullanılıyor, ICW mi? ICW ise hangi yelek modeliyle ve bu yelek teklife dahil mi?
3. Malzeme veri föyü veriliyor mu? Seramiğin ve lifin üreticisi ve üretim yeriyle birlikte.
4. Hangi sıcaklıklar arasında depolanır ve kullanılır? Bunu hangi test destekliyor?
5. Kullanımdayken nasıl muayene edilir? Muayene aralığı, düşme sonrası yöntem, kullanımdan kaldırma ölçütü ve parti kontrolü.

Bir şartname hazırlıyor ya da teklifleri karşılaştırıyorsanız, AHCEBRIAN'dan Garanti Kompozit'in yelek ve plakalarının teknik föyünü isteyebilirsiniz. Hangi kurum ya da şirketi temsil ettiğinizi, kullanım amacını ve miktarları bize bildirin. İşlem belirlenip gerektirdiği izinler kontrol edildikten sonra seviyeleri, test standartlarını ve raporları size göndeririz.