Districante fibre di aramide copolimero ad alta resistenza per consentire la determinazione delle loro proprietà meccaniche
Summary
L’obiettivo primario dello studio è quello di sviluppare un protocollo per preparare campioni coerenti per test meccanici accurati ad alta resistenza copolimero fibre di aramide, rimuovendo un rivestimento e districare i fili di fibra specifica senza introdurre significative degradazione chimica o fisica.
Abstract
Tradizionalmente, morbido corpo armatura è stato fatto da poli (p-fenilene terephthalamide) (PPTA) e polietilene a peso molecolare ultra-elevato. Tuttavia, per diversificare le scelte di fibra nel mercato di armatura di corpo degli Stati Uniti, fibre di copolimero basano sulla combinazione di 5-ammino – 2-(p– aminophenyl) benzimidazolo (PBIA) e sono stati introdotti il PPTA più convenzionale. Piccolo è conosciuto per quanto riguarda la stabilità a lungo termine di queste fibre, ma come polimeri di condensazione, ci si aspetta di avere potenziale sensibilità all’umidità e all’umidità. Pertanto, che caratterizza la resistenza dei materiali e comprensione loro vulnerabilità alle condizioni ambientali è importante per valutare la loro durata di utilizzo in applicazioni di sicurezza. Resistenza balistica e altri critici proprietà strutturali di queste fibre sono fondate sulla loro forza. Per determinare con precisione la forza delle singole fibre, è necessario districarsi tra loro dal filato senza introdurre alcun danno. Tre fibre di aramide-base di copolimero sono stati selezionati per lo studio. Le fibre sono state lavate con acetone seguito da metanolo per rimuovere un rivestimento organico che tengono insieme le singole fibre in ogni pacco di filato. Questo rivestimento rende difficile separare singole fibre dal fascio di filato per prove meccaniche senza danneggiare le fibre e che interessano la loro forza. Dopo il lavaggio, spettroscopia di trasformata di fourier transform a infrarossi (FTIR) è stata effettuata su campioni sia lavati e non lavati e i risultati sono stati confrontati. Questo esperimento ha dimostrato che non esistono significative varianti negli spettri di poli (p-fenilene-benzimidazolo-terephthalamide-co –p-fenilene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) e PBIA-co-PPTA3 dopo il lavaggio e solo una piccola variazione in intensità per PBIA. Questo indica che l’acetone e metanolo risciacqui sono non negativamente che interessa le fibre e che causano la degradazione chimica. Inoltre, prove di trazione singola fibra è stata effettuata sulle fibre lavate per caratterizzare la loro iniziale resistenza alla trazione e la deformazione a rottura e confrontare con quelli di altri valori segnalati. Sviluppo iterativo procedura era necessario trovare un metodo di successo per l’esecuzione di prove di trazione su queste fibre.
Introduction
Attualmente, focus significativo nel campo della protezione personale è sulla riduzione della massa del corpo armatura necessaria per la protezione personale per l’applicazione della legge e applicazioni militari1. Disegni di armature tradizionali hanno fatto affidamento su materiali come poli (p-fenilene terephthalamide) (PPTA), noto anche come aramide e polietilene per fornire protezione contro minacce balistiche2. Tuttavia, c’è un interesse nell’esplorare materiali in fibra ad alta resistenza differenti per il loro potenziale per ridurre il peso dell’armatura necessaria per interrompere una specifica minaccia balistica. Questo ha portato all’esplorazione di materiali alternativi quali le fibre di aramide copolimero. Queste fibre sono fatte dalla reazione del [5-ammino – 2-(p– aminophenyl) benzimidazolo] (amidobenzimidazole, ABI) e p– fenilendiammina (p-PDA) con cloruro di tereftaloile a poly form (p– fenilene-benzimidazolo-terephthalamide-co –p-fenilene terephthalamide). In questo studio, esaminiamo tre diverse fibre, che sono materiali in commercio prodotti ottenuti da un contatto di industria. Uno è una fibra di omopolimero che è fatto da ABI reagire con p-fenilendiammina per poli forma 5-ammino – 2-(p– aminophenyl) benzimidazolo, o PBIA. Le altre due fibre copolimero esaminate in questo studio si presume siano copolimeri random con differenti rapporti di PBIA e PPTA collegamenti3. I rapporti relativi di questi collegamenti non possono essere determinati sperimentalmente utilizzando Solid stata risonanza magnetica. Queste fibre sono designate come PBIA-co-PPTA1, PBIA-co-PPTA3 di estendere le denominazioni in una precedente pubblicazione4. PBIA-co-PPTA3 non è stato studiato in precedenza, ma ha una struttura simile. Questi sistemi di fibra sono stati anche l’attenzione di parecchi recentemente concessi brevetti5,6,7.
Resistenza superiore balistico di armatura si basa sulle proprietà meccaniche dei materiali che lo compongono, quali resistenza alla trazione e lo sforzo per guasto8,9,10. Notevoli sforzi11,12,13 sono stati concentrati sull’esame la stabilità a lungo termine delle fibre polimeriche utilizzato in armatura da indagare cambiamenti nocivi in queste proprietà meccaniche dopo l’esposizione a condizioni ambientali. L’effetto delle condizioni ambientali su fibre aramidiche copolimero non è stato oggetto di un sacco di ricerca3,4. Una sfida per lo studio di questi materiali è la difficoltà di districare filati per il test. Lavoro anteriore di McDonough4 studiato una tecnica con cui è stato utilizzato acqua districarsi tra filati prima di eseguire prove di trazione singola fibra. Tuttavia, non c’era nessuna comprensione completa su se la resistenza meccanica delle fibre è stata alterata da questa esposizione all’acqua. Un’alternativa a districare le fibre è quello di testare la resistenza meccanica del pacco del filato, tuttavia, questo richiede una grande quantità di materiale ed è considerata di media la resistenza delle fibre in bundle il filato, fornendo informazioni meno specifiche. L’obiettivo di questo progetto è quello di esaminare l’effetto di temperatura e umidità elevata, sulle proprietà meccaniche delle fibre aramidiche copolimero. Quindi, è essenziale per trovare un’alternativo solvente per la rimozione del rivestimento e discriminando fibra che ci consentirà di distinguere idrolisi nelle fibre a causa dell’esposizione ambientale da quello indotto dalla preparazione del campione. La preparazione delle singole fibre per il test è ulteriormente complicata dalla loro piccola dimensione. In questo lavoro, abbiamo indagare diversi comuni solventi (acetone, metanolo e acqua) e selezionare acetone come la scelta migliore per la preparazione delle singole fibre per il test. Tutte le fibre sono state risciacquate con metanolo prima di ulteriori test. Spettroscopia di trasformata di Fourier transform a infrarossi (FTIR) viene eseguita per determinare se il passaggio di dissoluzione e discriminando rivestimento causato qualsiasi degradazione chimica del materiale. Il protocollo dettagliato dei video che mostra la procedura di preparazione del campione di dissociazione, analisi chimica e prove meccaniche di fibre aramidiche copolimero è destinato ad assistere altri ricercatori nello sviluppo di metodologie per l’esecuzione di studi analoghi di singole fibre nei loro laboratori.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il metodo descritto nel presente documento fornisce un protocollo alternativo a base di solvente per la rimozione di rivestimenti da fibre aramidiche copolimero senza usare acqua. Due precedenti studi3,4 ha mostrato la prova di idrolisi nelle fibre di questa composizione chimica, con l’esposizione al vapore acqueo o acqua liquida. Evitando di idrolisi durante la preparazione del campione è fondamentale per la prossima fase di esperimenti dove questi insiemi di f…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desidera ringraziare il Dr. Will Osborn per utili discussioni e assistenza con la preparazione del modello di cartoncino.
Materials
| Stereo microscope | National | DC4-456H | Digital microscope |
| RSA-G2 Solids Analyzer | TA Instruments | Dynamic mechanical thermal analyzer used in transient tensile mode with Film Tension Clamp Accesory | |
| Vertex 80 | Bruker Optics | Fourier Transform Infrared spectrometer used to analyze results of washing protocol, equipped with mercury cadmium telluride (MCT) detector. | |
| Durascope | Smiths Detection | Attenuated total reflectance accessory used to perform FTIR | |
| Torque hex-end wrench | M.H.H. Engineering | Quickset Minor | Torque wrench |
| Methanol | J.T. Baker | 9093-02 | methanol solvent |
| Acetone | Fisher | A185-4 | acetone solvent |
| Cyanoacrylate | Loctite | Super glue | |
| FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM | FEI Helios | Scanning electron microscope | |
| Denton Desktop sputter coater | sputter coater | ||
| 25 mm O.D. stainless steel washers with a 6.25 mm hole | 25 mm O.D. stainless steel washers with a 6.25 mm hole | ||
| Silver behenate | Wide angle X-ray scattering (WAXS) standard | ||
| Xenocs Xeuss SAXS/WAXS small angle X-ray scattering system | Xenocs Xeuss | SAXS/WAXS small angle X-ray scattering system equipped with an X-ray video-rate imager for SAXS analysis with a minimum Q = 0.0045 Å-1, detector separate X-ray video-rate imager for WAXS analysis (up to about 45° 2θ) sample holder chamber. | |
| Fit 2D software | Software to analyze WAXS data |
Riferimenti
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