그들의 기계적 특성의 결정 수 있도록 고 강도 공중 합체 Aramid 섬유 disentangling
Summary
고 강도 공중 합체 aramid 섬유, 코팅을 제거 하 고 중요 한 소개 하지 않고 개별 섬유 가닥 disentangling 여 정확한 기계적 테스트에 대 한 일관 된 표본을 준비 하는 프로토콜을 개발 하는 연구의 기본 목표 화학 또는 물리적 저하.
Abstract
전통적으로, 소프트 바디 아머가 폴 리에서 만들어진 (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) 및 초고 분자량 폴 리 에틸렌. 그러나, 미국 바디 아머 시장에서 섬유 선택 다변화, 공중 합체 섬유에 따라 5의 조합-아미노-2-(p-aminophenyl) benzimidazole (PBIA) 및 더 많은 기존의 PPTA 소개 되었다. 약간 이러한 섬유의 장기 안정성에 대해서 알려져 있지만 응축 중합체로 그들은 잠재적인 감도 습기 및 습도를 것으로 예상 된다. 따라서, 자료와 이해의 강도 특성화 환경 조건에 그들의 취약점은 안전 응용 프로그램에서 그들의 사용 수명을 평가 하기 위한 중요 합니다. 탄도 저항 및 이러한 섬유의 다른 중요 한 구조상 속성은 그들의 힘에 입각 한. 개별 섬유의 강도 정확 하 게 확인 하려면 어떤 손상도 없이 그들을 원사에서 풀 필요가 있다. 세 라미드 기반 공중 합체 섬유 연구에 대 한 선정 됐다. 섬유는 메탄올 각 원사 번들에서 개별 섬유를 함께 개최 하는 유기 코팅을 제거 하 여 다음 아세톤으로 세척 했다. 이 코팅은 섬유를 손상 하 고 그들의 힘에 영향을 미치는 없이 기계적 테스트 원사 번들에서 단일 섬유를 분리 하기 어려운 있습니다. 세척, 후 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광학 세척 하 고 씻지 샘플에서 수행 하 고 결과 비교 했다. 이 실험은 폴 리의 스펙트럼에서 아무 중요 한 변화는 보이고 있다 (p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co-p-phenylene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1)와 PBIA-co-PPTA3 세척, 그리고에 작은 변화 후 PBIA에 대 한 강도입니다. 이 아세톤과 메탄올 린스 하지 부정적인 섬유에 영향을 미치는 하 고 화학 저하를 일으키는 나타냅니다. 또한, 단일 섬유 인장 테스트 그들의 초기 장력 및 실패, 변형 특성을 다른 보고 된 값을 비교 하 여 씻어 섬유에서 수행 되었다. 반복 절차 개발이이 섬유에 인장 시험을 수행 하기 위한 성공적인 방법의 찾을 필요 했다.
Introduction
현재, 개인 보호의 분야에서 중요 한 초점 법 집행 및 군사 응용 프로그램1에 대 한 개인 보호를 위해 필요한 바디 아머의 질량을 감소 시키기에. 전통적인 갑옷 디자인 폴 리 같은 재료에 의존 (p-phenylene terephthalamide) (PPTA), 일컬어 특수 고분자 층, 고 탄도 위협2에 대 한 보호를 제공 하기 위해 폴 리 에틸렌. 그러나, 특정 탄도 위협 중지 하는 데 필요한 갑옷의 무게를 줄이기 위해 그들의 잠재력에 대 한 다른 고 강도 섬유 재료를 탐험에 관심이 있다. Aramid 공중 합체 섬유 등 대체 물질의 탐사를 주도하 고 있다. 이러한 섬유의 반응에 의해 만들어진 [5-아미노-2-(p-aminophenyl) benzimidazole] (amidobenzimidazole, ABI) 및 p-phenylenediamine (p-PDA) 폼 폴 리 (p-terephthaloyl 염화와 phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co-p-phenylene terephthalamide). 이 연구에서 우리는 모두 상업적으로 생산된 재료 산업 접촉에서 얻은 3 가지 섬유를 검사 합니다. 하나는 폼 폴 리 5 p-phenylenediamine와 반응 ABI에 의해 만든 단일 중합체 섬유-아미노-2-(p-aminophenyl) benzimidazole, 또는 PBIA. 이 연구에서 검사 하는 다른 두 개의 공중 합체 섬유 PBIA PPTA 연계3의 다른 비율으로 랜덤 공중 합체 될 것 예상 된다. 이러한 연계의 상대적 비율 수 확인할 수 없습니다 실험적으로 고체 핵 자기 공명을 사용 하 여. 이러한 섬유는 PBIA-co-PPTA1, PBIA-co-PPTA3 이전 게시4에 사용 된 지정 연장으로 지정 됩니다. PBIA-co-PPTA3 이전 공부 하지는 하지만 비슷한 구조. 이러한 섬유 시스템도 여러 최근 부여 된 특허5,,67의 초점이 있다.
갑옷의 우수한 탄도 저항 궁극 장력 강도 및 변형 실패8,,910등, 그것을 구성 하는 재료의 기계적 성질에 입각 한입니다. 상당한 노력11,,1213 고분자 섬유 바디 아머에 노출 된 후 이러한 기계적 성질에 해로운 변화를 조사 하 여 사용의 장기 안정성 검토에 초점을 맞춘 되었습니다. 환경 조건입니다. Aramid 공중 합체 섬유 환경 조건의 효력의 연구3,4의 많은 주제 되지 않았습니다. 이러한 자료를 공부 하 고 하나의 도전 disentangling 테스트용 원사에 어려움입니다. McDonough4 이전 작업 조사는 물 원사 단일 섬유 인장 테스트를 수행 하기 전에 코드에 사용 된 기술. 그러나, 섬유의 기계적인 힘이 물 노출에 의해 변경 되었습니다 여부에 더 완전 한 이해가 했다. 그러나 대신 disentangling 섬유 원사 번들의 기계적 강도 테스트 하는,이 많은 양의 자료를 요구 하 고 덜 특정 정보를 제공 하는 원사 번들에 섬유의 강도 평균으로 간주 됩니다. 이 프로젝트의 목표는 aramid 공중 합체 섬유의 기계적 성질에 온도 높은 습도의 영향을 살펴보는 것입니다. 따라서, 코팅 제거 및 섬유 샘플 준비에 의해 유도 된에서 환경 노출 때문에 가수분해를 구별할 수 있게 섬유 풀리는 대체 솔벤트를 찾을 수 필수적입니다. 테스트를 위해 단일 섬유의 준비 그들의 작은 크기에 의해 더 복잡 합니다. 이 작품에서는, 우리 몇 가지 일반적인 용 매 (물, 메탄올, 아세톤)를 조사 하 고 테스트용 단일 섬유의 준비에 대 한 최고의 선택으로 아세톤을 선택 합니다. 모든 섬유는 메탄올을 가진 추가 테스트 하기 전에 씻어 서 했다. 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광학 코팅 해산 및 풀리는 단계 재료에 어떤 화학 저하의 원인이 인지 확인 위해 수행 됩니다. 풀리는, 화학 분석, 및 공중 합체 aramid 섬유의 기계적 테스트 샘플 준비 단계를 보여주는 자세한 비디오 프로토콜의 비슷한 연구를 수행 하기 위한 방법론을 개발에 다른 연구자를 지원 하기 위한 것입니다. 그들의 실험실에서 단일 섬유입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명 된 메서드는 물을 사용 하지 않고 특수 고분자 층 공중 합체 섬유에서 코팅을 제거 하기 위한 대체 솔벤트 기반의 프로토콜을 제공 합니다. 두 이전 연구3,4 이 화학 성분, 수증기 또는 액체 물에 노출의 섬유에서 가수분해의 증거를 보여주었다. 샘플 준비 중 가수분해를 방지은 중요 한 실험의 다음 단계에 대 한 섬유의이 세트 그들의 민감?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자 유용한 토론 및 두꺼운 용지 서식의 준비와 지원에 대 한 박사는 오스본을 인정 하 고 싶습니다.
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).
