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

Författarna vill erkänna Dr. Will Osborn för bra diskussioner och hjälp med förberedelse av mallen cardstock.

1. upplösning av beläggning på sampolymer fibrer på stöd i Fiber Separation
<ol><li>Bär lämpligt valda kemikaliebeständiga handskar att förhindra kontaminering av fiber, skär 160 mm till 170 mm från varje garn bunt extraheras med keramisk sax eller en färsk stål rakblad. Reservera resten av Garnet om det behövs för vidare analys i märkta behållare.</li>
	<li>Knut eller klämma ändarna av Garnet att hålla garnet från trassel när nedsänkt i vätskan. Obs: För denna studie, lösningsmedel av omfa...

<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 beskrivs häri ger ett alternativa lösningsmedel-baserade protokoll för att avlägsna beläggningar från aramid sampolymer fibrer utan att använda vatten. Två tidigare studier3,4 visade bevis för hydrolys i fibrerna i denna kemiska sammansättning, med exponering för vattenånga eller flytande vatten. Att undvika hydrolys under provberedningen är kritisk för nästa fas av experiment där dessa uppsättningar av fibrer kommer att undersökas för ...

För närvarande är stort fokus i fältet av personskydd på att minska massan av kroppen rustning behövs för personligt skydd för brottsbekämpning och militära tillämpningar1. Traditionella rustning mönster har förlitat sig på material som poly (p-att terephthalamide) (PPTA), även känd som aramid och polyeten att ge skydd mot ballistiska hot2. Det finns dock ett intresse i att utforska olika hög styrka fibermaterial för deras potential att minska vikten på rustning som krävs för att stoppa ett specifikt ballistiska hot. Detta har lett till utforskning av alternativa material såsom aramid sampolymer fibrer. Dessa fibrer tillverkas genom en reaktion mellan [5-amino - 2-(p- aminophenyl) bensimidazol] (amidobenzimidazole, ABI) och p- fenylendiamin (p-PDA) med terephthaloyl klorid till formuläret poly (p- att-bensimidazol-terephthalamide-co -p-att terephthalamide). I denna studie undersöker vi tre olika fibrer, varav alla är kommersiellt producerade material som erhållits från en industri kontakt. En är en homopolymer fiber som görs av reagerande ABI med p-fenylendiamin till formuläret poly 5-amino - 2-(p- aminophenyl) bensimidazol eller PBIA. De andra två sampolymer fibrer undersöks i denna studie förväntas vara slumpmässiga sampolymerer med olika nyckeltal PBIA och PPTA kopplingar3. De relativa förhållandet mellan dessa kopplingar kunde inte fastställas experimentellt med hjälp av solid-state kärnmagnetisk resonans. Dessa fibrer betecknas som PBIA-co-PPTA1, PBIA-co-PPTA3 att utvidga de beteckningar som används i en tidigare publikation4. PBIA-co-PPTA3 studerades inte tidigare, men har en liknande struktur. Dessa fiber-system har också varit i fokus för flera nyligen beviljade patent5,6,7.
Överlägsen ballistiska motstånd av skyddsvästar bygger på de mekaniska egenskaperna hos de material som utgör det, såsom draghållfasthet och stam till misslyckande8,9,10. Betydande insatser11,12,13 har fokuserat på att undersöka den långsiktiga stabiliteten i polymera fibrer som används skyddsvästar genom att undersöka negativa förändringar i dessa mekaniska egenskaper efter exponering för miljöförhållanden. Effekten av miljöförhållandena på aramid sampolymer fibrer har inte varit föremål för en hel del forskning3,4. En utmaning att studera dessa material är svårigheten att särskilja Garner för testning. Tidigare arbete av McDonough4 undersökt en teknik genom vilken vatten användes för att särskilja garn innan du utför enda fiber tensile tester. Det fanns dock ingen fullständig förståelse på huruvida den mekaniska styrkan hos fibrerna förändrades av detta vatten exponering. Ett alternativ till förgrymmat fibrerna är att testa den mekaniska styrkan av garn bunt, men detta kräver en stor mängd material och anses genomsnittliga styrkan av fibrerna i Garnet bunten, som ger mindre specifik information. Målet med detta projekt är att undersöka effekten av förhöjd luftfuktighet och temperatur på de mekaniska egenskaperna av aramid sampolymer fibrer. Därför är det viktigt att hitta ett alternativt lösningsmedel för borttagning av beläggning och fiber lösgörande som gör det möjligt för oss att skilja hydrolys i fibrerna på grund av de miljömässiga exponeringen från som induceras av provberedning. Utarbetandet av enstaka fibrer för testning kompliceras ytterligare av sin ringa storlek. I detta arbete, vi undersöka flera vanliga lösningsmedel (vatten, metanol och aceton) och välj aceton som det bästa valet för utarbetandet av enstaka fibrer för testning. Alla fibrer var sköljas med metanol innan ytterligare testning. Fourier transform infraröd (FTIR) spektroskopi utförs för att kontrollera om beläggningen upplösning och lösgörande steget orsakas någon kemisk nedbrytning i materialet. Protokollet detaljerad video visar provberedningssteg lösgörande, kemisk analys och mekanisk provning av sampolymer aramid fibrer är avsedd att hjälpa andra forskare utveckla metoder för att utföra liknande studier av enda fibrer i sina 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

Traditionellt, mjuka skyddsvästar har gjorts från poly (p-att terephthalamide) (PPTA) och polyeten med ultrahög molekylvikt. Dock för att diversifiera fiber valen i marknaden i Förenta staterna kroppen rustning, sampolymer fibrer baserat på kombinationen av 5-amino - 2-(p- aminophenyl) bensimidazol (PBIA) och den mer konventionella PPTA infördes. Lite är känt angående dessa fibrer långsiktiga stabilitet, men som kondens polymerer, de förväntas ha potentiella känslighet för fukt och fukt. Därför är karaktärisera styrkan i de material och förståelse deras sårbarhet för miljöförhållanden viktigt för att utvärdera deras användning livstid i säkerhetstillämpningar. Ballistiska motstånd och andra kritiska strukturella egenskaper av dessa fibrer bygger på sin styrka. För att exakt bestämma styrkan i de enskilda fibrerna, är det nödvändigt att särskilja dem från garn utan att införa någon skada. Tre aramid-baserade sampolymer fibrer valdes ut för studien. Fibrerna var tvättade med aceton följt av metanol att ta bort en organisk beläggning som hålls de enskilda fibrerna i varje garn bunt ihop. Denna beläggning gör det svårt att separera enstaka fibrer från garn bunten för mekanisk provning utan att skada fibrerna och påverkar deras styrka. Efter tvättning, fourier transform infraröd (FTIR) spektroskopi utfördes på både tvättade och otvättade proverna och resultaten jämfördes. Detta experiment har visat att det finns inga betydande variationer i spektra av poly (p-att-bensimidazol-terephthalamide-co -p-att terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) och PBIA-co-PPTA3 efter tvätt och endast en liten variation i intensitet för PBIA. Detta visar att de aceton och metanol sköljningar inte negativt påverkar fibrerna och orsakar kemisk nedbrytning. Dessutom var enda fiber tensile tester utförs på tvättade fibrerna att karakterisera deras inledande draghållfasthet och stam att misslyckas, och jämföra dem andra rapporterade värden. Iterativ processuella utveckling var nödvändigt att finna en framgångsrik metod för att utföra tensile tester på dessa fibrer.

Sampolymer aramid fibrer studerat här är svåra att skilja från garn buntar i de enskilda fibrerna för testning. Fibrerna är intrasslad och belagda med bearbetning kemikalier som gör dem mycket svåra att särskilja utan att skada fibrerna. Figur 3 visar strukturella morfologi av fibrer inom ett garn. Även som en del av ett större paket visar fiber ytor omfattande strävhet och tårar som orsakas sannolikt av stark vidhäftning till angränsande fibre...

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

Förgrymmat höghållfasta sampolymer Aramid fibrer för att möjliggöra bestämning av mekaniska egenskaper

Det primära målet med studien är att utveckla ett protokoll för att förbereda konsekvent exemplar för noggrann mekanisk provning av höghållfast sampolymer aramid fibrer, genom att avlägsna en beläggning och särskilja enskilda fiber trådar utan att införa betydande kemisk eller fysikalisk nedbrytning.

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

Fastställande av gasfas Acidities av Oligopeptider

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 hög genomströmning Amylos Bestämning i frystorkad potatisknöl Prover

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 från disegmentsampolymer 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

Struktur och samordning Fastställande av peptid-metallkomplex Använda 1D och 2D<sup&gt; 1</sup&gt; H-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 Koppling Reaktion för syntes av bispyridin-baserade ligander och deras komplexbildning till Platinum som bicykliska läkemedel mot cancer

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

Syntes av icke-likformigt Pr-dopade SrTiOa<sub&gt; 3</sub&gt; Keramik och deras Termo Egenskaper

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

Syntes av ligand-free CdS Nanopartiklar inom ett Sulfur Sampolymer 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

Anjoniska polymerisationen av en amfifila sampolymeren för framställning av segmentsampolymeren Miceller stabiliseras genom π-Tt stapling interaktioner

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

Syntes och karakterisering av Fe-dopad Aluminatsilikat Nanorör med förbättrad elektronledande 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

Ympning Multiwalled kolnanorör med polystyren för självmontering och Anisotrop flammighet

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