O principal objetivo do estudo é desenvolver um protocolo para preparar espécimes consistentes para os testes mecânicos precisos de fibras de aramida de copolímero de alta resistência, removendo um revestimento e desembaraçar os fios de fibra individual sem introduzir significativas degradação química ou física.
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Artigo de método
Desembaraçar as fibras de aramida de copolímero de alta resistência para permitir a determinação de suas propriedades mecânicas
Neste artigo
Resumo
Resumo
Tradicionalmente, armadura de corpo mole foi feita de poli (p-fenileno tereftalamida) (PPTA) e polietileno de ultra alto peso molecular. No entanto, para diversificar as escolhas de fibra no mercado de armadura de corpo dos Estados Unidos, fibras de copolímero baseiam na combinação de 5-amino - 2-(p- aminofenil) benzimidazol (PBIA) e o PPTA mais convencional foram introduzidos. Pouco é conhecido sobre a estabilidade a longo prazo destas fibras, mas como polímeros de condensação, eles deverão ter potencial sensibilidade à umidade. Portanto, caracterizando a força dos materiais e compreensão sua vulnerabilidade às condições ambientais é importante para avaliar a sua vida de uso em aplicações de segurança. Resistência balística e outras propriedades estruturais críticas destas fibras assentam na sua força. Para determinar com precisão a força das fibras individuais, é necessário separar a eles partir o fio sem introduzir qualquer dano. Fibras de copolímero baseado em aramida três foram selecionadas para o estudo. As fibras foram lavadas com acetona seguida de metanol para remover um revestimento orgânico que unia as fibras individuais em cada feixe de fios. Este revestimento torna difícil separar o feixe de fios para teste mecânico sem danificar as fibras e que afetam sua qualidade de única fibras. Após a lavagem, espectroscopia de infravermelho (FTIR) fourier transform foi executada em amostras lavadas e não lavadas e os resultados foram comparados. Esta experiência tem demonstrado que não há nenhuma variação significativa no espectro de poli (p-fenileno-benzimidazol-tereftalamida-co -p-fenileno tereftalamida) (PBIA-co-PPTA1) e PBIA-co-PPTA3 após a lavagem e apenas uma pequena variação na intensidade para PBIA. Isso indica que a acetona e metanol lavagens não negativamente estão afetando as fibras e causando degradação química. Além disso, única fibra elástica testes foram realizados nas fibras lavadas para caracterizar sua inicial de resistência à tração e tensão ao fracasso e compare-os para outros valores relatados. Desenvolvimento iterativo processual era necessário encontrar um método bem sucedido para a realização de testes de tração sobre estas fibras.
Introdução
Atualmente, o foco significativo no campo da proteção pessoal é sobre a redução da massa da armadura necessária para proteção pessoal, para a aplicação da lei e aplicações militares1. Desenhos de armaduras tradicionais têm confiado em materiais como poli (p-fenileno tereftalamida) (PPTA), também conhecido como aramid e polietileno para fornecer proteção contra ameaças balísticas2. No entanto, há um interesse em explorar materiais de fibra de diferentes de alta resistência para seu potencial reduzir o peso da armadura necessária para impedir uma ameaça balística específica. Isto levou à exploração de materiais al....
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Protocolo
1. a dissolução do revestimento em fibras de copolímero de auxílio na separação de fibra
- Vestindo adequadamente selecionado luvas quimicamente resistentes para evitar a contaminação da fibra, cortar 160 mm para 170 mm de cada pacote de fio extraído usando tesouras de cerâmicas ou uma lâmina de aço doce. Reserve o restante do fio se necessário para posterior análise em um recipiente rotulado.
- Nó ou grampear as extremidades do fio para manter o fio de tangling quando imerso no solvente.
Nota: Para este estudo, solventes de polaridade ampla (da série de polaridade) foram inicialmente exploradas. Com base em resultados qualitativos, uma análise mais....
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Resultados
As fibras de aramida de copolímero estudadas aqui são difíceis de separar de feixes de fios em fibras individuais para testes. As fibras são emaranhadas e revestidas com processamento químicos que os tornam muito difícil separar sem danificar as fibras. A Figura 3 mostra a morfologia estrutural das fibras dentro de um fio. Mesmo como parte de um pacote maior, as superfícies de fibra mostram extensa aspereza e lágrimas que provavelmente são causadas pela forte.......
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Discussão
O método descrito aqui fornece um protocolo alternativo à base de solvente para a remoção de revestimentos de fibras de aramida de copolímero sem utilizar água. Dois estudos anteriores3,4 mostrou a evidência de hidrólise nas fibras desta composição química, com a exposição ao vapor de água ou água líquida. Evitar hidrólise durante a preparação da amostra é crítica para a próxima fase de experimentos onde estes conjuntos de fibras serão examinados para a sua susce.......
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Divulgações
A descrição completa dos procedimentos utilizados neste trabalho requer a identificação de certos produtos comerciais e seus fornecedores. A inclusão de tais informações deve, em nenhuma maneira, ser interpretada como indicando que tais produtos ou fornecedores são endossados pelo NIST ou são recomendados pelo NIST ou que são necessariamente os melhores materiais, instrumentos, software ou fornecedores para efeitos descrito.
Agradecimentos
Os autores que gostaria de agradecer o Dr. Will Osborn por discussões úteis e assistência na preparação do modelo de cardstock.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Microscópio estereoscópico | Nacional | DC4-456H | Microscópio digital |
| RSA-G2 Analisador de Sólidos TA | Instruments | Analisador térmico mecânico dinâmico usado em modo de tração transitória com grampo de tensão de filme Accesory | |
| Vertex 80 | Bruker Optics | Espectrômetro infravermelho com transformada de Fourier usado para analisar resultados do protocolo de lavagem, equipado com detector de telureto de cádmio de mercúrio (MCT). | |
| Durascope | Smiths Detection | Acessório de refletância total atenuada usado para executar a chave hexagonal de torque FTIR | |
| M.H.H. Engineering | Quickset Minor | Torquímetro | |
| Metanol | J.T. Baker | 9093-02 | solvente de metanol |
| Acetona | Fisher | A185-4 | solvente de acetona |
| Cianoacrilato | Loctite | Super cola | |
| FEI Helios 660 Dual Beam FIB / SEM | FEI Helios | Microscópio eletrônico de varredura | |
| Denton Desktop revestidor por pulverização catódica revestidor | por pulverização catódica | ||
| Arruelas de aço inoxidável de 25 mm de diâmetro externo com um orifício | 6,25 mm Arruelas de aço inoxidável de 25 mm de diâmetro externo com um orifício de 6,25 mm | ||
| Behenato | Padrão de espalhamento de raios X de grande angular (CERAS) | ||
| Sistema de espalhamento de raios X a baixo ângulo Xenocs Xeuss SAXS/WAXS | Xenocs Xeuss | SAXS/WAXS equipado com um gerador de imagens de taxa de vídeo de raios X para análise SAXS com um mínimo Q = 0,0045 Å-1, câmara de suporte de amostra separada do detector de taxa de vídeo de raios X para análise WAXS (até cerca de 45° 2θ). | |
| Software 2D | Software para analisar dados WAXS |
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 fibr....
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Reimpressões e permissões
