उच्च शक्ति Copolymer Aramid फाइबर अपने यांत्रिक गुणों के निर्धारण को सक्षम करने के लिए
Summary
अध्ययन के प्राथमिक लक्ष्य के लिए एक कोटिंग को हटाने और महत्वपूर्ण शुरू करने के बिना व्यक्तिगत फाइबर किस्में हटाना द्वारा उच्च शक्ति copolymer aramid फाइबर के सटीक यांत्रिक परीक्षण के लिए अनुरूप नमूना तैयार करने के लिए एक प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए है रासायनिक या शारीरिक क्षरण ।
Abstract
परंपरागत रूप से, शीतल शरीर कवच पाली (पी-phenylene terephthalamide) (PPTA) और अल्ट्रा उच्च आणविक वजन पॉलीथीन से बनाया गया है । हालांकि, संयुक्त राज्य अमेरिका शारीरिक कवच बाजार में फाइबर विकल्पों में विविधता लाने के लिए, copolymer फाइबर 5 के संयोजन पर आधारित-अमीनो-2-(p-aminophenyl) benzimidazole (PBIA) और अधिक पारंपरिक PPTA शुरू किए गए थे । थोड़ा इन तंतुओं की दीर्घकालिक स्थिरता के बारे में जाना जाता है, लेकिन संघनित्र पॉलिमर के रूप में, वे नमी और आर्द्रता के लिए संभावित संवेदनशीलता की उंमीद कर रहे हैं । इसलिए, सामग्री की ताकत निस्र्पक और पर्यावरण की स्थिति के लिए उनके जोखिम को समझने की सुरक्षा अनुप्रयोगों में उनके उपयोग के जीवनकाल के मूल्यांकन के लिए महत्वपूर्ण है । बैलिस्टिक प्रतिरोध और इन तंतुओं के अंय महत्वपूर्ण संरचनात्मक गुण उनकी ताकत पर predicated हैं । व्यक्तिगत तंतुओं की शक्ति को सही ढंग से निर्धारित करने के लिए, किसी भी क्षति का परिचय दिए बिना उन्हें सूत से फंसाए रखना आवश्यक है । अध्ययन के लिए तीन aramid आधारित copolymer फाइबर का चयन किया गया । फाइबर मेथनॉल द्वारा पीछा एसीटोन के साथ धोया गया था एक कार्बनिक कोटिंग है कि प्रत्येक यार्न बंडल एक साथ में व्यक्तिगत फाइबर आयोजित हटाने के लिए । यह कोटिंग फाइबर को नुकसान पहुँचाए बिना यांत्रिक परीक्षण के लिए यार्न बंडल से एक फाइबर अलग करने के लिए और उनकी ताकत को प्रभावित करने के लिए मुश्किल बना देता है. धोने के बाद, रूपान्तर रूपांतर अवरक्त (स्विचेज) स्पेक्ट्रोस्कोपी दोनों धुल और धुल के नमूनों पर किया जाता था और परिणामों की तुलना की जाती थी । इस प्रयोग से पता चला है कि पाली के स्पेक्ट्रा (p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co-p-phenylene terephthalamide) में कोई महत्वपूर्ण भिन्नता नहीं है (PBIA-co-PPTA1) और PBIA-co-PPTA3 धोने के बाद, और केवल एक छोटी सी भिन्नता में PBIA के लिए तीव्रता । यह इंगित करता है कि एसीटोन और मेथनॉल कुल्ला तंतुओं पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं कर रहे है और रासायनिक क्षरण के कारण । इसके अतिरिक्त, एक फाइबर तन्यता परीक्षण धोया फाइबर पर प्रदर्शन किया गया था उनके प्रारंभिक तन्यता ताकत और विफलता के लिए तनाव की विशेषता, और अन्य रिपोर्ट मूल्यों के लिए उन की तुलना. चलने प्रक्रियात्मक विकास इन तंतुओं पर तंयता परीक्षण प्रदर्शन के लिए एक सफल तरीका खोजने के लिए आवश्यक था ।
Introduction
वर्तमान में, व्यक्तिगत सुरक्षा के क्षेत्र में महत्वपूर्ण ध्यान शरीर कानून प्रवर्तन और सैंय1अनुप्रयोगों के लिए व्यक्तिगत सुरक्षा के लिए आवश्यक कवच के द्रव्यमान को कम करने पर है । पारंपरिक कवच डिजाइन पाली (पी-phenylene terephthalamide) (PPTA), भी aramid के रूप में जाना जाता है, और सुरक्षात्मक बैलिस्टिक खतरों2के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करने के लिए जैसे सामग्री पर भरोसा किया है । हालांकि, वहां एक विशिष्ट बैलिस्टिक खतरे को रोकने के लिए आवश्यक कवच के वजन को कम करने के लिए अपनी क्षमता के लिए अलग उच्च शक्ति फाइबर सामग्री की खोज में रुचि है । इस तरह के aramid copolymer फाइबर के रूप में वैकल्पिक सामग्री की खोज करने के लिए प्रेरित किया है । ये तंतु [5-अमीनो-2-(p-aminophenyl) benzimidazole] (amidobenzimidazole, अबी) और पी-phenylenediamine (पी-पीडीए) की प्रतिक्रिया से बना है terephthaloyl क्लोराइड के साथ पाली फार्म (पी– phenylene-benzimidazole-terephthalamide-सह-पृ-phenylene terephthalamide) । इस अध्ययन में, हम तीन अलग तंतुओं की जांच, जिनमें से सभी व्यावसायिक रूप से उत्पादित सामग्री एक उद्योग के संपर्क से प्राप्त कर रहे हैं । एक homopolymer फाइबर है कि पी के साथ प्रतिक्रिया अबी द्वारा बनाया जाता है-phenylenediamine पाली 5-अमीनो-2-(पी-aminophenyl) benzimidazole, या PBIA के रूप में । इस अध्ययन में जांच की गई अन्य दो copolymer फाइबर PBIA और PPTA लिंकेज के विभिन्न अनुपात के साथ यादृच्छिक copolymers होने की उम्मीद है3. इन लिंकेज के सापेक्ष अनुपात का प्रयोग प्रायोगिक रूप से ठोस-राज्य नाभिकीय चुंबकीय अनुनाद का उपयोग करते हुए निर्धारित नहीं किया जा सका । इन तंतुओं PBIA के रूप में नामित कर रहे है-co-PPTA1, PBIA-co-PPTA3 पिछले4प्रकाशन में प्रयुक्त पदनाम का विस्तार करने के लिए । PBIA-सह-PPTA3 का पहले से अध्ययन नहीं किया गया था, लेकिन एक समान संरचना है. इन फाइबर सिस्टम भी हाल ही में कई पेटेंट दी5,6,7का ध्यान केंद्रित किया गया है ।
सुपीरियर शारीरिक कवच के बैलिस्टिक प्रतिरोध सामग्री है कि यह शामिल है, जैसे परम तंयता ताकत और विफलता के लिए तनाव के यांत्रिक गुणों पर predicated है8,9,10। महत्वपूर्ण प्रयासों11,12,13 के लिए जोखिम के बाद इन यांत्रिक गुणों में हानिकारक परिवर्तन की जांच द्वारा शरीर कवच में इस्तेमाल किया बहुलक फाइबर की दीर्घकालिक स्थिरता की जांच पर ध्यान केंद्रित किया गया है पर्यावरण की स्थिति । aramid copolymer तंतुओं पर पर्यावरणीय परिस्थितियों का प्रभाव बहुत से शोध३,४का विषय नहीं रहा है. इन सामग्रियों का अध्ययन करने के लिए एक चुनौती परीक्षण के लिए यार्न विउलझ में कठिनाई है. 4 मैकडोनोफ द्वारा पहले काम एक तकनीक है जिसके द्वारा पानी के लिए एक फाइबर तन्यता परीक्षण प्रदर्शन करने से पहले यार्न फंसाए जाने के लिए इस्तेमाल किया गया था की जांच की । हालांकि, इस पर कोई पूरी समझ नहीं था कि फाइबर की यांत्रिक शक्ति इस पानी के जोखिम से बदल गया था । फाइबर को विनिर्दिष्ट करने के लिए एक वैकल्पिक यार्न बंडल की यांत्रिक शक्ति का परीक्षण करने के लिए है, हालांकि, इस सामग्री की एक बड़ी राशि की आवश्यकता है, और कम विशिष्ट जानकारी प्रदान करने, यार्न बंडल में फाइबर की ताकत औसत करने के लिए माना जाता है. इस परियोजना का लक्ष्य aramid copolymer फाइबर के यांत्रिक गुणों पर ऊंचा आर्द्रता और तापमान के प्रभाव की जांच करना है । इस प्रकार, यह कोटिंग हटाने और फाइबर सुलझाव के लिए एक वैकल्पिक विलायक खोजने के लिए आवश्यक है कि हमें नमूना तैयार करने से प्रेरित है कि से पर्यावरण जोखिम के कारण तंतुओं में hydrolysis भेद करने के लिए सक्षम हो जाएगा । परीक्षण के लिए एक फाइबर की तैयारी आगे अपने छोटे आकार से जटिल है । इस काम में, हम कई आम सॉल्वैंट्स (जल, मेथनॉल, और एसीटोन) की जांच और परीक्षण के लिए एकल फाइबर की तैयारी के लिए सबसे अच्छा विकल्प के रूप में एसीटोन का चयन करें । सभी तंतुओं आगे परीक्षण से पहले मेथनॉल के साथ कुल्ला किया गया । रूपान्तर परिवर्तित अवरक्त (स्विचेज) स्पेक्ट्रोस्कोपी यदि कोटिंग विघटन और सुलझाव चरण सामग्री में किसी भी रासायनिक क्षरण के कारण निर्धारित करने के लिए किया जाता है । विस्तृत वीडियो सुलझाव के नमूना तैयारी कदम दिखा प्रोटोकॉल, रासायनिक विश्लेषण, और copolymer aramid फाइबर के यांत्रिक परीक्षण के लिए इसी तरह के अध्ययन के प्रदर्शन के लिए विकसित करने के तरीके में अंय शोधकर्ताओं की सहायता करना है उनकी प्रयोगशालाओं में एक फाइबर ।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहां वर्णित विधि पानी का उपयोग किए बिना aramid copolymer फाइबर से कोटिंग्स हटाने के लिए एक वैकल्पिक विलायक आधारित प्रोटोकॉल प्रदान करता है । दो पिछले अध्ययन3,4 इस रासायनिक संरचना के तंतुओं ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों को स्वीकार करना चाहेंगे डॉ. cardstock टेम्पलेट की तैयारी के साथ सहायक चर्चा और सहायता के लिए Osborn करेंगे ।
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 |
References
- Joseph, A., Wiley, A., Orr, R., Schram, B., Dawes, J. J. The impact of load carriage on measures of power and agility in tactical occupations: A critical review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 15 (1), (2018).
- . . High-performance fibres. , (2001).
- Messin, G. H. R., Rice, K. D., Riley, M. A., Watson, S. S., Sieber, J. R., Forster, A. L. Effect of moisture on copolymer fibers based on 5-amino-2-(p-aminophenyl)- benzimidazole. Polymer Degradation and Stability. 96 (10), 1847-1857 (2011).
- McDonough, W. G., et al. Testing and analyses of copolymer fibers based on 5-amino-2-(p-aminophenyl)-benzimidazole. Fibers and Polymers. 16 (9), 1836-1852 (2015).
- De Vos, R. E. T. P., Surquin, J. E., Marlieke, E. J. . US patent. , (2013).
- Lee, K. S. . US patent. , (2014).
- Mallon, F. K. . US patent. , (2014).
- Cunniff, P. M. Dimensionless Parameters for Optimization of Textile-Based Armor Systems. 18th Int Symp Ballist. , 1302-1310 (1999).
- Cuniff, P. M., Song, J. W., Ward, J. E. Investigation of High Performance Fibers for Ballistic Impact Resistance Potential. Int SAMPE Tech Conf Ser. 21, 840-851 (1989).
- Cheng, M., Chen, W., Weerasooriya, T. Mechanical Properties of Kevlar® KM2 Single Fiber. Journal of Engineering Materials and Technolog. 127 (2), 197 (2005).
- Forster, A. L., et al. Hydrolytic stability of polybenzobisoxazole and polyterephthalamide body armor. Polymer Degradation and Stability. 96 (2), 247-254 (2011).
- Forster, A. L., et al. Long-term stability of UHMWPE fibers. Polymer Degradation and Stability. , 45-51 (2015).
- Holmes, G. A., Kim, J. -. H., Ho, D. L., McDonough, W. G. The Role of Folding in the Degradation of Ballistic Fibers. Polymer Composites. 31, 879-886 (2010).
- ASTM International. . ASTM D3822/D3822M-14 Standard Test Method for Tensile Properties of Single Textile Fibers. , 1-10 (2015).
- Levchenko, A. A., Antipov, E. M., Plate, N. A., Stamm, M. Comparative analysis of structure and temperature behaviour of two copolyamides – Regular KEVLAR and statistical ARMOS. Macromolecular Symposia. 146, 145-151 (1999).
- Jenket, D. . Failure Mechanisms Of Ultra High Molar Mass Polyethylene Single Fibers At Extreme Temperatures And Strain-Rates. , (2017).
