その力学的特性の測定を可能にする高強度共重合体のアラミド繊維を disentangling
Summary
研究の主な目的はコーティングを削除し、重要な導入することがなく個々 の繊維のストランドを disentangling によって高強度アラミド繊維の正確な機械試験の一貫した標本を準備するためのプロトコルを開発するには化学的または物理的な劣化。
Abstract
伝統的に、柔らかな体の鎧は、ポリから作られています (p-フェニレンテレフタルアミド) (PPTA) と超高分子量ポリエチレン。しかし、アメリカ合衆国の体鎧市場で繊維の選択肢の多様化、共重合体繊維の組み合わせに基づいて 5-アミノ – 2-(p-アミノフェニールスルファミン) ベンズイミダゾール (PBIA) より従来 PPTA を導入。少しはこれらの繊維の長期安定性について知られているが、縮合ポリマーとして湿気および湿気を潜在的な感度を有することが期待されます。したがって、材料と理解の強さを特徴付ける環境条件への脆弱性は、安全アプリケーションでの使用寿命を評価するため重要です。弾道抵抗とこれらの繊維の他の重要な構造の特性、強度に基づいています。個々 の繊維の強さを正確に判断するには、損害を導入することがなく糸からそれらを分離する必要は。3 アラミド系繊維を研究しました。繊維は、各糸束の個々 の繊維を一緒に開催された有機のコーティングを除去するメタノール続いてアセトンで洗浄しました。このコーティングは、繊維にダメージを与えると、その強さに影響を与えることがなく機械試験用糸束から単一繊維を分離する困難になります。洗浄後、洗浄と洗っていないサンプルに対してフーリエ変換の赤外線 (FTIR) 分光法と比較しました。この実験は、ポリのスペクトルに大きな変化がないことを示している (p-フェニレン-ベンゾイミダゾール-terephthalamide-co-p-フェニレンテレフタルアミド) (PBIA-co-PPTA1) と PBIA-co-PPTA3 洗浄前後の小さな変化ではのみPBIA の強度。これはアセトンとメタノールのリンスを悪影響を及ぼさない繊維に影響を与えると、化学的な劣化の原因を示します。さらに、単繊維引張試験は、彼らの初期の引張強度と失敗にひずみを特徴付ける以外のレポート値にそれらを比較して洗浄繊維で実行されました。反復的なプロシージャの開発これらの繊維の引張試験を実行するための成功した方法を見つける必要があります。
Introduction
現在、個人保護の分野で重要な焦点は法執行機関と軍事アプリケーション1の個人的な保護のために必要な体の鎧の重量を減らすことです。伝統的な鎧のデザインは、ポリのような材料に依存している (p-フェニレンテレフタルアミド) (PPTA)、アラミド繊維と2弾道ミサイルの脅威に対して保護を提供するポリエチレンとして知られています。しかし、その潜在的な特定の弾道ミサイルの脅威を停止するために必要な鎧の重量を減らすために別の高強度繊維材料の探索に興味があります。これは、アラミド繊維などの代替材料の開発につながっています。これらの繊維の反応によって作られています [5-アミノ – 2-(p-アミノフェニールスルファミン) ベンズイミダゾール] (amidobenzimidazole、ABI) とpフェニレンジアミン (pPDA) をフォームのポリゴン (p– terephthaloyl 塩化フェニレン-ベンゾイミダゾール-terephthalamide-co-p-フェニレンテレフタルアミド)。本研究では、業界の連絡先から得られる市販の材料は、すべての 3 つの異なる繊維を調べます。フォーム ポリゴン 5 p-フェニレンジアミンと反応 ABI で作られているホモポリマー繊維である-アミノ – 2-(p-アミノフェニールスルファミン) ベンズイミダゾール系薬剤、または PBIA。本研究で検討した他の 2 つの共重合体の繊維は PBIA PPTA 連携3の縦横比の異なるランダム共重合体をする予定です。固体核磁気共鳴を用いてこれらの連携の相対比を特定できません。これらの繊維は PBIA-co-PPTA3 以前の文書4で使用されている名称を拡張する PBIA-co-PPTA1 として指定されます。PBIA co PPTA3 は以前研究されませんでしたが、似たような構造を持っています。これらの繊維のシステムもいくつか最近与えられた特許5,6、7のフォーカスをされています。
体の鎧の優れた弾道抵抗は最終的な引張強さなど障害8,9,10に歪み、それを構成する材料の機械的性質を前提と。多大な努力11,12,13への暴露後これらの機械的性質の有害な変化を調べることにより体の鎧に使われる高分子繊維の長期安定性を調べることで注目されています。環境条件。アラミド繊維に及ぼす環境条件は研究3,4の多くの対象にされていません。これらの材料を勉強する 1 つの課題は、テスト用の毛糸を disentangling で困難です。マクドノウ4で前の仕事調査、水単繊維引張試験を行う前に糸を解きほぐすに使用された技術です。しかし、この水曝露による繊維の機械的強度が変更されたかどうかに関する完全な理解がありませんでした。繊維を disentangling する代わりに糸束の強度をテストするのには、ただし、大規模な量を必要とするより具体的な情報を提供する糸束の繊維の強度を平均すると見なされます。このプロジェクトの目標は、アラミド繊維の機械的特性に及ぼす高湿度と温度を調べることです。したがって、コーティング除去・繊維ほぐし繊維試料調製によって誘導から環境の露出のために加水分解を区別できる代替溶剤を見つけるために不可欠です。単一繊維のテストのための準備は、サイズが小さいことさらに複雑です。この作業では、いくつかの一般的な溶媒 (水、メタノール、アセトン) を調査し、単一繊維のテスト準備のための最良の選択としてアセトンを選択します。すべての繊維は、さらにテスト前にメタノールで洗浄されました。フーリエ変換の赤外線 (FTIR) 分光法を実行かどうかコーティング解散と解きほぐしステップ素材で、化学的な劣化の原因を決定します。解きほぐし、化学分析、および共重合体アラミド繊維の機械試験のサンプル調製手順を示す詳細なビデオ プロトコルの研究を実行するための方法論の開発を他の研究者を支援するものです。単一繊維の研究所。
Protocol
Representative Results
Discussion
記載方法は、水を使わずアラミド共重合体繊維から塗料を削除する代替溶剤ベースのプロトコルを提供します。2 つ前の研究3,4は、この化学合成は、水蒸気や液体の水への暴露の繊維で加水分解の証拠を示した。サンプル準備の間に加水分解を回避は重要な実験の次の段階の暖かい、湿気のある環境への曝露から感受性の加水分解による高齢化、こ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、有用な議論と厚紙テンプレートの準備と支援博士はオズボーンを認識したいと思います。
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
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