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

Os autores que gostaria de agradecer o Dr. Will Osborn por discussões úteis e assistência na preparação do modelo de cardstock.

1. a dissolução do revestimento em fibras de copolímero de auxílio na separação de fibra
<ol><li>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.</li>
	<li>Nó ou grampear as extremidades do fio para manter o fio de tangling quando imerso no solvente.<b...

<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>

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 exam...

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 alternativos, tais como fibras de aramida de copolímero. Estas fibras são feitas pela reação de [5-amino - 2-(p- aminofenil) benzimidazol] (amidobenzimidazole, ABI) e p- fenilenodiamina com cloreto de tereftaloilo Poly formulário (p-(p-PDA) fenileno-benzimidazol-tereftalamida-co -p-fenileno tereftalamida). Neste estudo, analisamos três fibras diferentes, os quais são produzidos comercialmente materiais obtidos a partir de um contato de indústria. Um é uma homopolímero fibra que é feita por ABI reagindo com p-fenilenodiamina Poly formulário 5-amino - 2-(p- aminofenil) benzimidazol, ou PBIA. As outras duas fibras copolímero examinadas neste estudo deverão estar copolímeros aleatórios com diferentes proporções de PBIA e PPTA ligações3. Os rácios relativos destas ligações não podem ser determinados experimentalmente usando Solid-State da ressonância magnética nuclear. Estas fibras são designadas como PBIA-co-PPTA1, PBIA-co-PPTA3 para estender as designações usadas em um anterior publicação4. PBIA-co-PPTA3 não foi previamente estudado, mas tem uma estrutura semelhante. Estes sistemas de fibra também têm sido o foco de vários recentemente concedidas patentes5,6,7.
Resistência balística superior de armadura corporal baseia-se as propriedades mecânicas dos materiais que o compõem, tais como resistência à tração e tensão para falha8,9,10. Esforços significativos11,12,13 concentraram-se em examinar a estabilidade a longo prazo de fibras poliméricas, usado em coletes por investigar alterações prejudiciais destas propriedades mecânicas após a exposição ao condições ambientais. O efeito das condições ambientais em fibras de aramida de copolímero não foi objecto de muita investigação,3,4. Um desafio para estudar estes materiais é a dificuldade em se desembaraçar fios para testes. Trabalho prévio de McDonough4 investigou uma técnica pelo qual a água era usada para desembaraçar os fios antes de realizar testes de tração única fibra. No entanto, não houve nenhum entendimento completo sobre se a resistência mecânica das fibras foi alterada por esta exposição à água. Uma alternativa para desembaraçar as fibras é testar a resistência mecânica do feixe de fios, no entanto, isto requer uma grande quantidade de material e é considerado a média da força das fibras no pacote do fio, fornecendo informações menos específicas. O objetivo deste projeto é examinar o efeito da temperatura e umidade elevada sobre as propriedades mecânicas de fibras de aramida de copolímero. Assim, é essencial encontrar um solvente alternativo para a remoção do revestimento e desarticulação de fibra que nos permitirá distinguir hidrólise nas fibras devido a exposição ambiental daquela induzida pela preparação da amostra. A preparação das fibras única para o teste é ainda mais complicada por seu tamanho pequeno. Neste trabalho, podemos investigar vários solventes comuns (água, metanol e acetona) e selecione acetona como a melhor escolha para a preparação das fibras única para o teste. Todas as fibras foram lavadas com metanol antes de testar mais. Espectroscopia de infravermelho (FTIR) Fourier transform é realizada para determinar se a etapa de dissolução e desarticulação de revestimento causou alguma degradação química do material. O protocolo de vídeo detalhado mostrando as etapas de preparação de amostra de desarticulação, análise química e ensaios mecânicos de fibras de aramida de copolímero destina-se a ajudar outros pesquisadores no desenvolvimento de metodologias para a realização de estudos semelhantes de única fibras em seus laboratórios.

<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

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.

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 p...

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

Desembaraçar as fibras de aramida de copolímero de alta resistência para permitir a determinação de suas propriedades mecânicas

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.

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

Determinação da acidez em fase gasosa de Oligopeptídeos

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

Química

Rapid High Throughput Amylose Determination in Freeze Dried Potato Tuber Samples

Rápidas alto rendimento amilose Determinação em amostras liofilizadas tubérculo

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 Nanoestruturas de dibloco copolímero supramoléculas

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

Acoplamento de amida de reacção para a síntese de ligandos baseados em Bispyridine e sua complexação com platina como agentes anticancerígenos dinucleares

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

Síntese de não-uniforme Pr-dopado SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; Cerâmica e suas propriedades termoelétricas

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

Síntese de CDs Nanopartículas sem ligando dentro de uma matriz de copolímero de Enxofre

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

Aniônico polimerização de um copolímero anfifílicas para Preparação de copolímero em bloco As micelas estabilizada por interacções de empilhamento π-¸

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

Síntese e Caracterização de Fe-dopado alumino nanotubos com propriedades condutoras aprimorados Electron

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

Enxertia de nanotubos de carbono de Multiwalled com poliestireno para habilitar auto-montagem e anisotrópica Patchiness

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