Name: disentangling high strength copolymer aramid fibers to enable the determination of their mechanical properties
Uploaded: 2018-09-01T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties at JoVE.com

Forfatterne ønsker å erkjenne Dr. Will Osborn for nyttig diskusjoner og hjelp med utarbeidelse av malen kartong.

1. oppløsningen av belegg på Copolymer fiber hjelp i Fiber separasjon
<ol><li>Iført riktig valgt kjemisk motstandsdyktige hansker å hindre forurensning av fiber, kuttet 160 mm til 170 mm fra hver garn bunt utdraget benytter keramiske saks- eller en frisk stål barberblad. Reservere resten av garnet hvis nødvendig for videre analyse i merket beholder.</li>
	<li>Knot eller klemme endene på tråden å holde garnet fra virvar når midt i løsemiddelet. Merk: For denne studien løsningsmidler av vidtfavnende polari...

<ol>
	<li>Joseph, A., Wiley, A., Orr, R., Schram, B., Dawes, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+load+carriage+on+measures+of+power+and+agility+in+tactical+occupations:+A+critical+review.">The impact of load carriage on measures of power and agility in tactical occupations: A critical review.</a> International Journal of Environmental Research and Public Health. 15 (1), (2018).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> High-performance fibres. , (2001).</li><li>Messin, G. H. R., Rice, K. D., Riley, M. A., Watson, S. S., Sieber, J. R., Forster, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+moisture+on+copolymer+fibers+based+on+5-amino-2-(p-aminophenyl)-+benzimidazole.">Effect of moisture on copolymer fibers based on 5-amino-2-(p-aminophenyl)- benzimidazole.</a> Polymer Degradation and Stability. 96 (10), 1847-1857 (2011).</li><li>McDonough, W. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Testing+and+analyses+of+copolymer+fibers+based+on+5-amino-2-(p-aminophenyl)-benzimidazole.">Testing and analyses of copolymer fibers based on 5-amino-2-(p-aminophenyl)-benzimidazole.</a> Fibers and Polymers. 16 (9), 1836-1852 (2015).</li><li>De Vos, R. E. T. P., Surquin, J. E., Marlieke, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> US patent. , (2013).</li><li>Lee, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> US patent. , (2014).</li><li>Mallon, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> US patent. , (2014).</li><li>Cunniff, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dimensionless+Parameters+for+Optimization+of+Textile-Based+Armor+Systems.">Dimensionless Parameters for Optimization of Textile-Based Armor Systems.</a> 18th Int Symp Ballist. , 1302-1310 (1999).</li><li>Cuniff, P. M., Song, J. W., Ward, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+High+Performance+Fibers+for+Ballistic+Impact+Resistance+Potential.">Investigation of High Performance Fibers for Ballistic Impact Resistance Potential.</a> Int SAMPE Tech Conf Ser. 21, 840-851 (1989).</li><li>Cheng, M., Chen, W., Weerasooriya, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Properties+of+Kevlar&#174;+KM2+Single+Fiber.">Mechanical Properties of Kevlar&#174; KM2 Single Fiber.</a> Journal of Engineering Materials and Technolog. 127 (2), 197 (2005).</li><li>Forster, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrolytic+stability+of+polybenzobisoxazole+and+polyterephthalamide+body+armor.">Hydrolytic stability of polybenzobisoxazole and polyterephthalamide body armor.</a> Polymer Degradation and Stability. 96 (2), 247-254 (2011).</li><li>Forster, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+stability+of+UHMWPE+fibers.">Long-term stability of UHMWPE fibers.</a> Polymer Degradation and Stability. , 45-51 (2015).</li><li>Holmes, G. A., Kim, J. -. H., Ho, D. L., McDonough, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Role+of+Folding+in+the+Degradation+of+Ballistic+Fibers.">The Role of Folding in the Degradation of Ballistic Fibers.</a> Polymer Composites. 31, 879-886 (2010).</li><li>ASTM International. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASTM D3822/D3822M-14 Standard Test Method for Tensile Properties of Single Textile Fibers. , 1-10 (2015).</li><li>Levchenko, A. A., Antipov, E. M., Plate, N. A., Stamm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+analysis+of+structure+and+temperature+behaviour+of+two+copolyamides+-+Regular+KEVLAR+and+statistical+ARMOS.">Comparative analysis of structure and temperature behaviour of two copolyamides - Regular KEVLAR and statistical ARMOS.</a> Macromolecular Symposia. 146, 145-151 (1999).</li><li>Jenket, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Failure Mechanisms Of Ultra High Molar Mass Polyethylene Single Fibers At Extreme Temperatures And Strain-Rates. , (2017).</li></ol>

Metoden beskrevet her gir en alternativ løsemiddelbaserte protokoll for å fjerne belegg av aramid copolymer fiber uten bruk av vann. To tidligere studier3,4 viste bevis på hydrolyse i fiber av denne kjemiske sammensetning, med eksponering for vanndamp eller flytende vann. Unngå hydrolyse under eksempel utarbeidelsen er kritisk for neste fase av eksperimenter der disse settene av fibre vil bli undersøkt for sin mottakelighet for aldring på grunn av hydrolyse...

Betydelig fokus innen personlig verneutstyr er for øyeblikket på å redusere massen av kroppen rustning behov for personlig verneutstyr for rettshåndhevelse og militære applikasjoner1. Tradisjonelle rustning design har stolt på materialer som poly (p-phenylene terephthalamide) (PPTA), også kjent som aramid og polyetylen å gi beskyttelse mot ballistisk trusler2. Det er imidlertid en interesse i å utforske ulike høy styrke fiber materialer for sitt potensial til å redusere vekten av rustning nødvendig å stoppe en bestemt ballistisk trussel. Dette har ført til utforskning av alternative materialer som aramid copolymer fibre. Disse fibrene er laget av reaksjonen [5-amino - 2-(p- aminophenyl) benzimidazole] (amidobenzimidazole, ABI) og p- phenylenediamine (p-PDA) med terephthaloyl chloride til skjemaet poly (p- phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co -p-phenylene terephthalamide). I denne studien undersøker vi tre ulike fibre, alle er kommersielt produsert stoff som blir fått fra en industri-kontakt. En er en homopolymer fiber som er laget av reagere ABI med p-phenylenediamine til skjemaet poly 5-amino - 2-(p- aminophenyl) benzimidazole eller PBIA. De to andre copolymer fibrene undersøkt i denne studien er forventet å være tilfeldig copolymers med ulike forhold av PBIA og PPTA sammenhengene3. Relative prosenter av disse sammenhengene kan ikke fastslås eksperimentelt bruker SSD kjernefysiske magnetisk resonans. Disse fibrene er angitt som PBIA-co-PPTA1, PBIA-co-PPTA3 for å utvide betegnelser som brukes i en tidligere publikasjon4. PBIA-co-PPTA3 var ikke tidligere studert, men har en lignende struktur. Disse fiber-systemene har også vært fokus for flere nylig gitt patenter5,6,7.
Overlegen ballistisk motstand av kroppen rustning forutsetter at de mekaniske egenskapene av materialet som utgjør det, som endelig strekkfasthet og belastning til feil8,9,10. Betydelig innsats11,12,13 har vært fokusert på å undersøke polymere fiber som brukes i kroppen rustning ved å undersøke skadelige endringer i disse mekaniske egenskaper etter eksponering for langsiktig stabilitet miljøforhold. Effekten av miljøforhold på aramid copolymer fibre har ikke vært gjenstand for mye forskning3,4. En utfordring å studere disse materialene er vanskeligheten i disentangling garn for testing. Tidligere arbeid av McDonough4 undersøkt en teknikk som vann ble brukt til å greie garn før du utfører enkelt fiber strekk testing. Men var det ingen fullstendig forståelse på om mekanisk styrke av fibrene var forandret av denne vann eksponering. Et alternativ til disentangling fibrene er å teste mekanisk styrke av garn bunten, men dette krever en stor mengde materiale, og regnes som gjennomsnittlig styrken av fibrene i garn bunten, mindre spesifikk informasjon. Målet med dette prosjektet er å undersøke effekten av opphøyet fuktighets- og mekaniske egenskaper av aramid copolymer fibre. Derfor er det viktig å finne en alternativ løsningsmiddel for belegg fjerning og fiber disentanglement som kunne skille hydrolyse i fiber på grunn av miljømessige eksponering som indusert av prøven forberedelse. Utarbeidelse av enkelt fiber for testing kompliseres ytterligere av sin lille størrelse. I dette arbeidet vi undersøke flere vanlige løsemidler (vann, metanol og aceton) og velg aceton som det beste valget for utarbeidelse av enkelt fibre for testing. Alle fiber var skylles med metanol før ytterligere testing. Fourier transformere infrarød (FTIR) spektroskopi er utført for å avgjøre hvis belegg oppløsning og disentanglement trinnet forårsaket noen kjemiske reduksjon i materialet. Detaljert video protokollen viser eksempel forberedelsene disentanglement, kjemisk analyse og mekanisk testing av copolymer aramid fibre er ment å hjelpe andre i å utvikle metoder for å utføre lignende studier av enkelt fiber i deres laboratorier.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="757">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stereo microscope&#160;</td>
			<td style="width:83px;">National</td>
			<td style="width:119px;">DC4-456H</td>
			<td style="width:339px;">Digital microscope</td>
		</tr>
		<tr height="66">
			<td height="66" style="height:66px;width:216px;">RSA-G2 Solids Analyzer&#160;</td>
			<td style="width:83px;">TA Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:339px;">Dynamic mechanical thermal analyzer used in transient tensile mode with Film Tension Clamp Accesory&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="47">
			<td height="47" style="height:47px;width:216px;">Vertex 80</td>
			<td style="width:83px;">Bruker Optics</td>
			<td></td>
			<td style="width:339px;">Fourier Transform Infrared spectrometer used to analyze results of washing protocol, equipped with mercury cadmium telluride (MCT) detector.</td>
		</tr>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;width:216px;">Durascope</td>
			<td style="width:83px;">Smiths Detection</td>
			<td></td>
			<td style="width:339px;">Attenuated total reflectance accessory used to perform FTIR</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Torque hex-end wrench</td>
			<td style="width:83px;">M.H.H. Engineering</td>
			<td style="width:119px;">Quickset Minor</td>
			<td>Torque wrench</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Methanol</td>
			<td style="width:83px;">J.T. Baker</td>
			<td style="width:119px;">9093-02</td>
			<td>methanol solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Acetone</td>
			<td style="width:83px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">A185-4</td>
			<td>acetone solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cyanoacrylate</td>
			<td style="width:83px;">Loctite</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Super glue&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM</td>
			<td style="width:83px;">FEI Helios</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Scanning electron microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Denton Desktop sputter coater&#160;</td>
			<td style="width:83px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>sputter coater</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">25 mm O.D. stainless steel washers with a 6.25 mm hole</td>
			<td style="width:83px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:339px;">25 mm O.D. stainless steel washers with a 6.25 mm hole</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silver behenate&#160;</td>
			<td style="width:83px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Wide angle X-ray scattering (WAXS) standard</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:216px;">Xenocs Xeuss SAXS/WAXS small angle X-ray scattering system</td>
			<td style="width:83px;">Xenocs Xeuss</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:339px;">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 &#197;-1, detector separate X-ray video-rate imager for WAXS analysis (up to about 45&#176; 2&#952;) sample holder chamber.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fit 2D software</td>
			<td style="width:83px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Software to analyze WAXS data</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

disentangling high strength copolymer aramid fibers to enable the determination of their mechanical properties

Tradisjonelt, myke kropp rustning er gjort fra poly (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) og ultrahøy molekylvekt polyetylen. Men for å diversifisere fiber valgene i USA kroppen rustning markedet, copolymer fiber basert på kombinasjonen av 5-amino - 2-(p- aminophenyl) benzimidazole (PBIA) og den mer konvensjonelle PPTA ble introdusert. Lite er kjent om disse fiber langsiktig stabilitet, men som kondens polymerer, de forventes å ha potensielle følsomhet for fukt og luftfuktighet. Derfor er karakteriserer styrken på materialer og forstå deres sårbarhet for miljøforhold viktig for å vurdere levetiden bruk i sikkerhet programmer. Ballistisk motstand og andre kritiske strukturelle egenskapene for disse fibrene er basert på deres styrke. Å nøyaktig bestemme styrken på individuelle fiber, er det nødvendig å greie seg fra garnet uten introdusere skade. Tre aramid-baserte copolymer fibre ble valgt for studien. Fibrene ble vasket med aceton etterfulgt av metanol å fjerne en organisk belegg som holdt personlige fibrene i hver garn pakke sammen. Dette belegg gjør det vanskelig å skille enkelt fiber fra garn bunt for mekanisk tester uten å skade fibrene og påvirker deres styrke. Etter vasking, fourier transform infrarødspektroskopi for (FTIR) ble utført på både vasket og uvaskede og resultatene var forhold. Dette eksperimentet har vist at det er ingen betydelige variasjoner i spektra av poly (p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co -p-phenylene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) og PBIA-co-PPTA3 etter vask, og bare en liten variasjon i intensitet for PBIA. Dette indikerer at skyller aceton eller metanol er ikke negativt påvirke fibrene og forårsaker kjemiske degradering. I tillegg ble enkelt fiber strekk testing utført på vasket fibrene å karakterisere deres første strekkfasthet og belastning for svikt, og sammenligne dem til andre rapporterte verdier. Iterativ fremgangsmåter for utvikling var nødvendig å finne en vellykket metode for å utføre strekk testing på disse fiber.

Copolymer aramid fiber studert her er vanskelig å skille fra garn bunter i individuelle fiber for testing. Fibrene er fanget og belagt med behandling kjemikalier som gjør dem svært vanskelig å skille uten å skade fibrene. Figur 3 viser strukturelle morfologi av fiber innen en garn. Som del av en større pakke viser fiber overflater omfattende grovheten og tårer som skyldes sannsynligvis sterk vedheft til tilstøtende fiber. I tidligere arbeid av McDonou...

Watch this Scientific Journal Video about Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties at JoVE.com

Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties

Disentangling høy styrke Copolymer Aramid fibre å aktivere fastsettelse av sine mekaniske egenskaper

Det primære målet med undersøkelsen er å utvikle en protokoll for å forberede konsekvent prøver nøyaktig mekanisk testing av høy styrke copolymer aramid fibre, ved å fjerne et belegg og disentangling personlige fiber tråder uten innføre betydelig kjemiske eller fysisk degradering.

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Determination of the Gas-phase Acidities of Oligopeptides

Bestemmelse av gass-fase Acidities av Oligopeptides

Amino acid residues located at different positions in folded proteins often exhibit different degrees of acidities. For example, a cysteine residue ...

Rapid High Throughput Amylose Determination in Freeze Dried Potato Tuber Samples

Rapid høy gjennomstrømning Amylose Bestemmelse i Freeze Tørket potet Tuber Samples

This protocol describes a high through put colorimetric method that relies on the formation of a complex between iodine and chains of glucose molecules in ...

Gyroid Nickel Nanostructures from Diblock Copolymer Supramolecules

Gyroid Nickel nanostrukturer fra diblock copolymer Supramolecules

Nanoporous metal foams possess a unique combination of properties - they are catalytically active, thermally and electrically conductive, and furthermore, ...

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

Amide Coupling Reaction for the Synthesis of Bispyridine-based Ligands and Their Complexation to Platinum as Dinuclear Anticancer Agents

Amid koplingsreaksjon for syntese av Bispyridine-baserte Ligander og deres kompleks til Platinum som bisykliske legemidler mot kreft

Amide coupling reactions can be used to synthesize bispyridine-based ligands for use as bridging linkers in multinuclear platinum anticancer drugs. ...

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Syntese av ikke-uniformt Pr-dopet SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; Keramikk og deres Termo Properties

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Syntese av ligand-fri CdS Nanopartikler i en Svovel Copolymer Matrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Anionic Polymerization of an Amphiphilic Copolymer for Preparation of Block Copolymer Micelles Stabilized by &#960;-&#960; Stacking Interactions

Anionic Polymerization of an Amphiphilic Copolymer for Preparation of Block Copolymer Micelles Stabilized by ÃƒÆ’Ã‚ÂÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬-ÃƒÆ’Ã‚ÂÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ Stacking Interactions

Anioniske polymerisering av en amfifil copolymer for forberedelse av blokk-kopolymer Miceller stabilisert av π-rc stabling Interactions

In this study, an amphiphilic copolymer that includes a core-forming block with phenyl groups was synthesized by living anionic polymerization of phenyl ...

Synthesis and Characterization of Fe-doped Aluminosilicate Nanotubes with Enhanced Electron Conductive Properties

Syntese og karakterisering av Fe-dopet Aluminosilicate nanorør med Enhanced Electron ledende egenskaper

The goal of the protocol is to synthesize Fe-doped aluminosilicate nanotubes of the imogolite type with the formula (OH)3Al2-xFexO3SiOH. Doping with Fe ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

Pode Multiwalled karbon nanorør polystyren aktivere selvtillit forsamlingen og Anisotrop lappverk

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...