Disentangling yüksek mukavemetli kopolimer Aramid Elyaf mekanik özelliklerinin belirlenmesi etkinleştirmek için
Summary
Çalışma birincil amacı doğru mekanik yüksek mukavemetli kopolimer aramid elyaf, bir kaplama çıkarmadan ve önemli tanıtımı olmadan bireysel fiber ipliklerini disentangling sınaması için tutarlı numuneler hazırlamak için bir protokol geliştirmektir kimyasal ve fiziksel bozulma.
Abstract
Geleneksel olarak, yumuşak vücut zırh poli yapıldığı yeri (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen. Ancak, Amerika Birleşik Devletleri vücut zırh Pazar fiber tercihlerindeki çeşitlendirmek için kopolimer elyaf tabanlı 5 kombinasyonuna-amino – 2-(p– aminophenyl) benzimidazole (PBIA) ve daha geleneksel PPTA getirilmiştir. Az şey bilinmektedir bu lifleri uzun vadeli istikrar ile ilgili ama yoğunlaşma polimerler, nem ve rutubet potansiyel duyarlılık sahip olmaları beklenmektedir. Bu nedenle, malzeme ve anlama gücünü karakterize onların çevre koşulları için kullanım yaşamları boyunca güvenliği uygulamaları değerlendirmek için önemli güvenlik açığıdır. Balistik direnci ve diğer kritik yapısal özellikleri bu liflerinin güçlerini üzerinde esas. Doğru bireysel lifleri gücünü belirlemek için onlara herhangi bir zarar tanıtımı olmadan iplikten disentangle gereklidir. Üç kopolimer aramid-esaslı lifler çalışma için seçildi. Lifler bireysel lifler her iplik paketle birlikte düzenlenen bir organik kaplama kaldırmak için metanol tarafından takip aseton ile yıkanmış. Bu kaplama mekanik lifleri zarar ve onların gücü etkileyen olmadan test etmek için iplik paket tek lifleri ayırmak zorlaştırır. Yıkama, sonrası fourier transform Infrared (FTIR) spektroskopisi yıkanmış ve yıkanmamış örnekleri üzerinde gerçekleştirilmiş ve sonuçları karşılaştırıldı. Bu deney poli spectra içinde önemli hiçbir varyasyon vardır göstermiştir (p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co –p-phenylene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) ve PBIA-co-PPTA3 sonra çamaşır ve sadece küçük bir varyasyon yoğunluğu PBIA için. Bu aseton ve metanol durular olumsuz etkileyen lifler ve kimyasal bozulması neden gösterir. Ayrıca, tek lif çekme test onların ilk çekme dayanımı ve zorlanma başarısızlık için karakterize ve diğer bildirilen değerleri karşılaştırmak için yıkanmış lifler üzerinde gerçekleştirildi. Yinelemeli yordam geliştirme bu elyaf çekme dayanımı testinin yapılması için başarılı bir yöntem bulmak için gerekli.
Introduction
Şu anda, önemli kişisel koruma alanında kolluk ve askeri uygulamalar1için kişisel koruma için gerekli vücut zırh kitle azaltma konusuna odaklanmıştır. Geleneksel zırh tasarımlar dayanıyordu poli gibi malzemeler (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) olarak da bilinen aramid ve polietilen2balistik tehditlere karşı koruma sağlamak için. Ancak, farklı yüksek mukavemetli elyaflı malzemeler için belirli bir balistik tehdit durdurmak için gerekli zırh ağırlığı azaltmak potansiyel keşfetmek bir ilgi vardır. Aramid kopolimer lifler gibi alternatif malzemeler keşfi yol açmıştır. Bu iplikler tepkisi tarafından yapılır [5-amino – 2-(p– aminophenyl) benzimidazole] (amidobenzimidazole, ABI) ve p– boya (p-PDA) için formu poli (p– terephthaloyl klorür ile phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co –p-phenylene terephthalamide). Bu çalışmada, biz üç farklı lifler, tüm bunların bir sanayi kişiden elde edilen ticari olarak üretilen malzemelerin incelemek. Form poli 5 p-boya ile tepki ABI tarafından yapılan bir homopolymer lif biridir-amino – 2-(p– aminophenyl) benzimidazole veya PBIA. Bu çalışmada incelenen diğer iki kopolimer lifler rasgele kopolimerler PBIA ve PPTA bağlantıları3farklı oranlara sahip olacağı tahmin ediliyor. Bu bağlantıları göreli oranları deneysel olarak katı hal nükleer manyetik rezonans kullanarak kararlı değil. Bu iplikler PBIA-co-PPTA1, bir önceki yayın4‘ te kullanılan belirtimleri genişletmek için PBIA-co-PPTA3 olarak atanır. PBIA-co-PPTA3 değil daha önce incelenmiş, ama benzer bir yapıya sahiptir. Bu fiber sistemleri de birkaç son zamanlarda verilen patent5,6,7odak noktası olmuştur.
Vücut zırh üstün balistik direnç içine, ultimate çekme dayanımı ve başarısızlık8,9,10zorlanma gibi malzemelerin mekanik özellikleri esas olan. Önemli çabaları11,12,13 odaklı maruz kaldıktan sonra bu mekanik özellikleri zararlı değişiklikleri inceleyerek vücut zırh olarak kullanılan polimer lifleri uzun vadeli istikrar incelenmesi çevre koşulları. Çevre koşullarının etkisi aramid kopolimer lifleri bir sürü araştırma3,4konu olmamıştır. Bu malzemelerin eğitimi için bir meydan okuma testleri için iplikler disentangling zor olmasıdır. McDonough4 tarafından ön çalışma tarafından su tek lif çekme testi gerçekleştirmeden önce iplikler disentangle için kullanılan bir teknik araştırıldı. Ancak, ister lifleri mekanik gücünü bu su poz tarafından değiştirilen tarih yok tam anlayış oldu. İplik paket mekanik gücünü test etmek iplikler disentangling alternatif olduğunu ancak, bu malzeme büyük miktarda gerektirir ve daha az bilgi sağlayan iplik pakette bulunan liflerinin gücü ortalama olarak kabul edilir. Bu projenin amacı aramid kopolimer lifleri mekanik özellikleri yükseltilmiş nem ve sıcaklık etkisi incelemektir. Böylece, kaplama kaldırma ve numune hazırlama tarafından indüklenen çevresel maruz nedeniyle lifler hidroliz ayırt etmemizi sağlayacak fiber disentanglement için alternatif bir çözücü bulmak için önemlidir. Test için hazırlık tek liflerinin daha küçük boyutlarından tarafından karmaşıktır. Bu eser, biz birkaç ortak çözücüler (su, metanol ve aseton) araştırmak ve aseton test etmek için tek lifler hazırlanması için en iyi seçenek olarak seçin. Bütün lifler metanol ile daha fazla test etmeden önce durulanır. Fourier transform Infrared (FTIR) spektroskopisi kaplama dağılması ve disentanglement adım malzeme herhangi bir kimyasal bozulması neden olmadığını belirlemek için gerçekleştirilir. Örnek hazırlık adımları disentanglement, kimyasal analiz ve mekanik kopolimer aramid elyaf sınama gösteren ayrıntılı video iletişim kuralı diğer araştırmacılar benzer çalışmaları gerçekleştirmek için yöntemleri geliştirmede yardımcı olmak için tasarlanmıştır kendi laboratuarlarında tek iplikler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan yöntemi su kullanmadan aramid kopolimer lifleri kaplama kaldırmak için alternatif bir solvent bazlı Protokolü sağlar. İki önceki çalışmalar3,4 hidroliz kanıtı bu kimyasal bileşimi, su buharı veya sıvı su maruz kalma ile liflerinin gösterdi. Hidroliz numune hazırlama sırasında kaçınarak deneyler sonraki aşama için bu set elyaf yaşlanma hidroliz nedeniyle onların duyarlılık sıcak ve nemli ortamlara maruz için nerede…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar yararlı tartışmalar ve karton şablon hazırlanması ile ilgili yardım için Dr Will Osborn kabul etmek istiyorum.
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 |
Referências
- 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).
