Desenredar las fibras de aramida de copolímero de alta resistencia para permitir la determinación de sus propiedades mecánicas

Resumen

El objetivo principal del estudio es desarrollar un protocolo para preparar a especímenes consistentes para la prueba mecánica exacta de fibras de aramida de copolímero de alta resistencia, quitando una capa y desenmarañar los hilos de la fibra individual sin introducir importantes degradación química o física.

Resumen

Tradicionalmente, se ha hecho la armadura de cuerpo suave de poli (p-Fenileno paraphenylene) (PPTA) y polietileno de ultra alto peso molecular. Sin embargo, para diversificar las opciones de fibra en el mercado de Estados Unidos cuerpo armadura, fibras de copolímero basan en la combinación de 5-amino - 2-(p- aminophenyl) benzimidazole (PBIA) y se introdujeron la PPTA más convencional. Poco se sabe acerca de la estabilidad a largo plazo de estas fibras, pero como polímeros de condensación, se espera que tengan potencial sensibilidad a la humedad y la humedad. Por lo tanto, caracterizar la resistencia de los materiales y entender su vulnerabilidad a las condiciones ambientales es importante para evaluar su vida de uso en aplicaciones de seguridad. Resistencia balística y otras propiedades estructurales críticos de estas fibras se basan en su fuerza. Para determinar con precisión la fuerza de las fibras individuales, es necesario desenredarlos de hilado sin presentar daños. Tres fibras de copolímero base de aramida fueron seleccionadas para el estudio. Las fibras fueron lavadas con acetona seguida de metanol para eliminar una capa orgánica que ligan las fibras individuales en cada paquete de hilado. Esta capa dificulta separar las fibras individuales del paquete de hilo para ensayos mecánicos sin dañar las fibras y que afectan su fuerza. Después del lavado, fourier transforma infrarrojo (FTIR) la espectroscopia fue realizada en muestras lavadas y sin lavar y se compararon los resultados. Este experimento ha demostrado que hay no hay variaciones significativas en los espectros de poli (p-Fenileno-bencimidazol-paraphenylene-co -p-Fenileno paraphenylene) (PBIA-co-PPTA1) y PBIA-co-PPTA3 después de lavar y sólo una pequeña variación en intensidad para PBIA. Esto indica que los enjuagues de acetona y metanol no adverso que afecta a las fibras y causando degradación química. Además, ensayos de tracción de fibra única se realizan en el lavado fibras para caracterizar su inicial resistencia a la tracción y tensión al fracaso y comparar aquellos otros valores reportados. Desarrollo de procedimiento iterativo fue necesario encontrar un método exitoso para realizar ensayos de tracción en estas fibras.

Introducción

En la actualidad, foco significativo en el campo de la protección personal es en la reducción de la masa de la armadura necesaria para la protección personal para aplicación de la ley y aplicaciones militares¹. Diseños de la armadura tradicional han confiado en materiales como el poli (p-Fenileno paraphenylene) (PPTA), también conocido como aramida y polietileno para proporcionar protección contra amenazas balísticas². Sin embargo, hay un interés en la exploración de materiales de fibra de alta resistencia diferentes por su potencial para reducir el peso de la armadura requerida para detener una amenaza balístic....

Protocolo

1. disolución de la capa de fibras de copolímero para ayuda en la separación de la fibra

1. Usar apropiadamente seleccionado Guantes químicamente resistentes para prevenir la contaminación de la fibra, de corte 160 mm a 170 mm de cada paquete de hilado extraído utilizando cerámica tijeras o una cuchilla de acero dulce. Reservar el resto del hilo si es necesario para su posterior análisis en un recipiente etiquetado.
2. Nudo o abrazadera de los extremos del hilo para evitar que el hilo se enrede cuando sumergido en el solvente.
   Nota: Para este estudio, inicialmente se exploraron disolventes de polaridad amplia (de la serie de polaridad). Basado en resu....

Resultados

Las fibras de aramida de copolímero estudiadas aquí son difíciles de separar de paquetes de hilado en fibras individuales para la prueba. Las fibras se enredan y revestidas con el procesamiento de productos químicos que los hacen muy difíciles de separar sin dañar las fibras. La figura 3 muestra la morfología estructural de las fibras dentro de un hilo. Como parte de un paquete más grande, las superficies de fibra muestran gran rugosidad y lágrimas que probab.......

Discusión

El método descrito en el presente documento proporciona un protocolo alternativo de base solvente para la eliminación de capas de fibras de aramida de copolímero sin agua. Dos anteriores estudios^3,4 mostró las pruebas de hidrólisis de las fibras de esta composición química, con la exposición al vapor de agua o agua líquida. Evitando la hidrólisis durante la preparación de la muestra es crítico para la siguiente fase de experimentos donde se examinarán estos conju.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Microscopio estereoscópico	Nacional	DC4-456H	Microscopio digital
RSA-G2 Analizador de sólidos	TA Instruments		Analizador térmico mecánico dinámico utilizado en modo de tracción transitoria con abrazadera de tensión de película Accesorio
Vertex 80	Bruker Optics		Transformada de Fourier Espectrómetro infrarrojo utilizado para analizar los resultados del protocolo de lavado, equipado con detector de teluro de mercurio y cadmio (MCT).
Detección	de Durascope Smiths Reflectancia		total atenuada Accesorio utilizado para realizar FTIR
Llave dinamométrica de par	M.H.H. Engineering	Quickset	Llave dinamométrica
Metanol	J.T. Baker	9093-02	solvente de metanol
Acetona Fisher		A185-4	solvente de acetona
Cianoacrilato	Loctite		Superpegamento
FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM	FEI Helios	Microscopio electrónico
Denton Desktop Recubrimiento			catódica Recubrimiento por pulverización catódica
de 25 mm de diámetro exterior Arandelas de acero inoxidable de			25 mm de diámetro exterior con orificio de 6,25 mm
Behenato			de plata Dispersión de rayos X de gran angular (WAXS) estándar
Sistema de dispersión de rayos X de ángulo pequeño Xenocs Xeuss SAXS/WAXS	Sistema de dispersión de rayos X de ángulo pequeño Xenocs Xeuss SAXS/WAXS equipado con un generador de imágenes de velocidad de video de rayos X para análisis SAXS con un mínimo Q = 0.0045 Å-1, detector de imágenes de velocidad de video de rayos X separado para análisis WAXS (hasta aproximadamente 45 grados 2 θ) cámara de soporte de muestras.
Software Fit 2D			Software para analizar datos WAXS

de barrido por pulverización