فتل اختبارات أحادي الاتجاه الأقمشة: قياسات شعرية معلمات لتقييم الضغط شعري في العمليات السائل المركب صب

Summary

طريقة تجريبية لقياس المعايير الهندسية واضحة في زوايا الاتصال تقدم اصفا الشعرية فتل تركيبية أحادي الاتجاه والأقمشة الطبيعية ويقترح. هذه المعايير إلزامية لتحديد الضغوط الشعرية التي يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار لتطبيقات السائل صب مركب ([لكم).

Abstract

أثناء التبويض من تعزيز ليفي في العمليات السائلة صب مركب ([لكم)، والآثار الشعرية يجب أن يكون مفهوما من أجل تحديد تأثيرها على تشكيل باطلا في أجزاء المركبة. فتل في وسط ليفي الذي وصفه معادلة اشبورن اعتبر ما يعادل التدفق تحت تأثير الضغط الشعرية وفقا للقانون دارسي. وأجريت الاختبارات التجريبية لتوصيف فتل مع كل من الكربون والكتان الألياف التعزيز. ثم تم اختبار الأقمشة شبه أحادي الاتجاه عن طريق مقياس التوتر السطحي لتحديد المعايير الشكلية والتبول على طول اتجاه الألياف. وقد تبين الإجراء واعدة عندما مورفولوجية والنسيج هو دون تغيير خلال فتل الشعرية. في حالة الأقمشة الكربون، ويمكن حساب الضغط الشعرية. ألياف الكتان حساسة لامتصاص الرطوبة وتنتفخ في الماء. هذه الظاهرة يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار لتقييم المعلمات التبول. أنا، وقد أجريت أجل جعل الألياف أقل حساسية لامتصاص المياه ن والمعالجة الحرارية خارج على تعزيزات الكتان. هذا العلاج يعزز الألياف الاستقرار المورفولوجية ويمنع تورم في الماء. فقد تبين أن تعامل الأقمشة لديها اتجاه فتل الخطية مشابهة لتلك الموجودة في الأقمشة الكربون، والسماح لتحديد ضغط الشعرية.

Introduction

أثناء الحمل تعزيزات ليفي في العمليات السائلة صب مركب (مغلق)، هو الدافع وراء تدفق الراتنج من التدرج الضغط. الآثار الشعرية لديها تأثير إضافي يمكن أن تتنافس مع التدرج الضغط، اعتمادا على المعلمات العملية. تأثيرها على عملية بالتالي لابد من تقييمها ^{1 و 2.} ويمكن أن يتم ذلك عن طريق تحديد ضغط الشعرية واضح، ف _{كأب، وتعديل} الضغط التدرج الأولي ^3. قد لاحقا إدراج هذه المعلمة إلى النماذج العددية من أجل محاكاة التدفقات النقدية خلال العمليات والتنبؤ بدقة تشكيل باطل ^4.

والتشريب عفوية من القماش بواسطة السائل (فتل) ويمكن وصف المعادلة اشبورن ^5. في الأصل، وصفت معادلة اشبورن ارتفاع الشعرية السائل في أنبوب. هذه المعادلة واثم تمديد الصورة لهياكل مسامية، مثل تعزيزات ليفية، والتي يمكن تقريبها إلى شبكة الأنابيب الشعرية. تفكر في صاحب العينة أسطواني مع دائرة نصف قطرها R، مليئة وسط مسامي، تم تعديل معادلة اشبورن في شكل مكاسب الشامل مربع (متر مربع (ر)) على مر الزمن، على النحو التالي: ⁶

(1)

حيث c هي المعلمة التي تمثل تعرج، هو R المسام دائرة نصف قطرها نفسه، وε = 1-V _و هو المسامية (V _و كونها نسبة حجم الألياف). جميع المعلمات في أقواس معقوفة تتعلق التشكل والتكوين من وسط مسامي، ويمكن دمجها في ثابت، C، ويشار إلى أن "العامل المتوسط التي يسهل اختراقها الهندسي". معلمات أخرى تعبر عن وجهة اعتماد فتل على التفاعلات بين المتوسطة والسائل (من خلال ρ، η، وγ _L، وهي، على التوالي، والكثافة، اللزوجة، والتوتر السطحي للسائل، وخلال θ _لذلك، على ما يبدو دفع زاوية الاتصال).

في موازاة ذلك، تدفق من خلال وسط مسامي عادة على غرار مع قانون دارسي المعروفة ^7، والتي تتعلق على سرعة السائل ما يعادلها، ضد _D، إلى انخفاض الضغط من خلال نفاذية متوسطة، K، واللزوجة السائل، η . هذه المعادلة كما يسمح للتعبير عن مكاسب جماعية على الجذر التربيعي من الزمن وبالتالي للنظر من التكافؤ بين المعادلات اثنين. من هذا التكافؤ بين معادلة اشبورن وقانون دارسي، ثم تم تعريف ضغط الشعرية على النحو التالي: ⁸

> (2)

هنا، فإن التركيز الرئيسي هو وصف الإجراء التجريبي لقياس عوامل هندسية واضحة تقدم زوايا الاتصال للأقمشة أحادي الاتجاه، وذلك بهدف تحديد ضغط الشعرية. ويعتمد هذا الأسلوب على استخدام مقياس التوتر السطحي لأداء اختبارات فتل (الشكل 1). ومقياس التوتر السطحي هو توازن دقيق مع قرار من 10 ميكروغرام الذي يقيس كتلة السائلة إما تشكيل هلالة حول صلبة أو الصعود وسيلة ليفية. وأجريت الاختبارات فتل من النظر في توصيف الأبعاد واحد (من الاتجاهين على طول الألياف) ^{8، 9.} وكانت الأقمشة شبه أحادي الاتجاه المستخدمة للتحقق من صحة الإجراء الكربون (UD) الأقمشة أحادي الاتجاه في الخامس _و = 40٪. بمجرد التحقق من صحة الطريقة، قدمت أقمشة الكتان لر العلاج الحراريقبعة يعدل سلوك التبول من الألياف ^6، وأجريت اختبارات فتل مع نسب مختلفة حجم الألياف (من 30٪ إلى 40٪) لكل من أقمشة الكتان غير المعالجة والمعالجة. لتحديد المعايير الشكلية وترطيب، اثنين على الأقل من الاختبارات فتل إلزامية: أول واحد مع السائل ترطيب تماما، مثل ن الهكسان، لتحديد C (المعادلة 1)، والثانية مع السائل من الاهتمام، لتحديد ومن المعروف أن واضحة تتقدم زاوية الاتصال مرة واحدة مئوية. في النهج الأول، تم استخدام الماء لتقييم الإجراء.

ويمكن تطبيق هذا الأسلوب لالأقمشة والسوائل المختلفة، مما يتيح لتقييم تأثير هندسة المواد (مورفولوجيا من الأقمشة)، المسامية (نسب مختلفة حجم الألياف)، واللزوجة والتوتر السطحي للسائل على الظواهر الشعرية التشريب. ومن الواضح أن هذا الإجراء وفقا لنظرية اشبورن (المعادلة 1) يمكن اعتمادها إلا إذا فتل مكعبrves (متر مربع (ر)) التي سجلها مقياس التوتر السطحي لديهم اتجاه خطي. وهذا يعني أن المعلمات في المعادلة 1 يجب أن تظل ثابتة أثناء عملية فتل بأكملها. إذا لم تكن هذه هي الحالة، كما تعزيزات الكتان في الماء، وذلك لأن الألياف الخضوع تورم ^{10، 11،} يجب أن يتم تعديل معادلة اشبورن لتشمل تأثير تورم من أجل وصف الاختبارات بشكل صحيح ^9. تم العثور على الأقمشة المعالجة لتكون أقل حساسية لامتصاص الماء ^9. العوامل الهندسية والمعلمات ترطيب يمكن قياسها من نوبات الخطية، والسماح لحساب الضغط الشعرية، ف _{الغطاء.}

Protocol

الحذر: التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة. المواد الكيميائية المستخدمة في الاختبارات السامة والمسببة للسرطان. استخدام معدات الوقاية الشخصية (النظارات الواقية والقفازات ومعطف المختبر، والسراويل كامل طول، والأحذية المغلقة اصبع القدم).

1. الإعداد لاختبارات

1. تحضير العينات
   1. قطع شرائط من القماش على طول اتجاه عمودي على الألياف (من أجل اختبار فتل في اتجاه الألياف).
      ملاحظة: يتم احتساب أطوال الشرائط من أجل الحصول على نسبة حجم الألياف محددة. للأقمشة الكربون، للحصول على V _و = 40٪، وكان طول شرائط 150 ملم. لالكتان غير المعالجة أو المعالجة، لتحقيق نفس V _و كان طول 365 ملم. وعرض كل قطاع مساويا لارتفاع صاحب العينة، أي ما يعادل 20 مم (الشكل 1).
   2. لفة شرائط بإحكام للسماح إدخالهم صاحب العينة أسطواني من R </ م> = 6 مم.
   3. إضافة فلتر ورقة رقيقة بين صاحب العينة وتعزيزات العينة (من أجل قمع تأثير صاحب العينة على فتل). يجب أن يكون سمك الحد الأقصى لمرشح ورقة 0.1 مم.
   4. إدراج نموذج في الاسطوانة والمسمار غطاء حفر في أسفل والمكبس في الجزء العلوي من أجل ضمان الضغط.
   5. المشبك صاحب العينة مع النسيج إلى مقياس التوتر السطحي.
2. تحضير سوائل
   1. ملء وعاء مع اختبار السائل ووضعه في وعاء معين من مقياس التوتر السطحي. استخدام الأوعية المصنوعة من الزجاج البورسليكات والتي يبلغ قطرها 70 ملم.
   2. لأول اختبار (الخطوة 2.1)، استخدم ن الهكسان. للاختبار الثاني (الخطوة 2.3)، واستخدام الماء. تأكد من أن السائل في وعاء يصل ارتفاعها إلى 12 مم على الأقل.
3. المعلمات التجريبية
   1. تعيين عتبة الكشف السطح إلى 8 ملغ وtranslaسرعة نشوئها السفينة السائلة في 0.5 ملم / ثانية من أجل الكشف عن السائل.

2. اختبارات فتل

ملاحظة: بعد إعداد العينات وإعداد المعلمات مقياس التوتر السطحي، ويمكن للاختبارات فتل بدء. السفينة السائلة تتحرك حتى السائل هو في اتصال مع صاحب العينة. ثم يرتفع السائل إلى صاحب العينة، ومقياس التوتر السطحي يقيس الربح الشامل السائل التربيعية مع مرور الوقت. يتم تسجيل البيانات عن طريق البرامج المقدمة مع مقياس التوتر السطحي. ثم تصور منحنى واحد من كتلة ضد الساعة في كل اختبار فتل.

1. اختبار أولي لتحديد عامل الهندسي:
   1. استخدام السائل ترطيب تماما (التي في زاوية الاتصال 0 درجة)، مثل ن الهكسان.
   2. وقف اختبار فتل عندما يحقق منحنى تصور قيمة ثابتة. وهذا يدل على أن السائل قد وصل إلى أعلى صاحب العينة، وبالتالي أن فتل كاملة.
   3. صالح الاتجاه الخطي للمنحنى فتل (م ² (ر)) مع معادلة اشبورن:
      (3)
      منذ يفترض زاوية الاتصال دفع 0 ° مع ن الهكسان، من المنحدر من نوبة الخطي، وتحديد ثابت الهندسي، C (ملم ^5).
      ملاحظة: تم إجراء جميع الاختبارات في ظروف قياسية عند 20 درجة مئوية. وهناك تغير في درجة الحرارة تعديل التوتر سطح السائل والنتائج.
2. تنظيف صاحب العينة للاختبارات التالية
   ملاحظة: بعد إزالة النسيج الرطب، صاحب العينة لابد من تنظيفها تماما لمنع الأخطاء في القياسات التالية.
   1. تزج صاحب العينة في وعاء مع حمض sulfochromic (50٪ من محلول مشبع من ثاني كرومات البوتاسيوم و 50٪ من حمض الكبريتيك المركز) لمدة 30 ثانية.
   2. شطفه بالماء المقطر وثم جففه.
3. الاختبار الثاني لتحديد ما يبدو دفع زاوية الاتصال
   1. استخدام السائل التي زاوية الاتصال التقدم لابد من قياس مع عينة النسيج جديدة، متطابقة، والجافة.
      تم استخدام المياه من أجل التحقق من صحة الأسلوب: ملاحظة.
   2. وقف اختبار فتل عندما يحقق منحنى تصور قيمة ثابتة. وهذا يدل على أن السائل قد وصل إلى أعلى صاحب العينة وأن ارتفاع الشعرية كاملة.
   3. تناسب الخطية جزء من منحنى فتل (م ² (ر)) مع معادلة اشبورن (المعادلة 3)، منذ المستمر، C، هو معروف بالفعل بسبب الاختبار الأول (الخطوة 2.1)، مع المنحدر من نوبة الخطي تحديد وتقدم زاوية الاتصال، θ _على (درجة).
      ملاحظة: تم إجراء جميع الاختبارات في ظروف قياسية عند 20 درجة مئوية. وهناك تغير في درجة الحرارة تعديل التوتر سطح السائل والنتائج.
4. تقييم مساهمة وزن السائل المقرر أن صاحب العينة
   ملاحظة: مقياس التوتر السطحي، وذلك توازن دقيق، يقيس مجموع كتلة السائل، بما في ذلك كل من تصاعدي السائل في النسيج ومساهمة في الغضروف المفصلي الخارجي على صاحب العينة وفتل في التصفية. يجب عزل تلك المساهمات.
   1. وضع نفس الكمية من ورق الترشيح المستخدمة في الخطوة 1.1.3 إلى صاحب العينة وكرر الخطوات 2.1.1-2.1.2.
   2. طرح قيمة ثابتة التي تم الحصول عليها (م ²⁾ من البيانات المسجلة في الخطوة 2.1.3 وتحويل منحنى لتقييم التقييم الصحيح الثابت الهندسي، C.
   3. ملء صاحب العينة فقط مع ورقة الترشيح وكرر الخطوات 2.3.1-2.3.2.
   4. طرح قيمة ثابتة التي تم الحصول عليها (م ²⁾ من البيانات المسجلة في الخطوة 2.3.3 وتحويل منحنى لتقييم التقييم الصحيح من زاوية الاتصال التقدم، θ _أ.

النتائج

وتظهر منحنيات الربح الشامل خلال فتل تم الحصول عليها مع مقياس التوتر السطحي للكربون والأقمشة الكتان غير المعالجة أو المعالجة في الشكلين 2 و 3. وتظهر جميع منحنيات بعد الطرح كل من الأوزان من الغضروف المفصلي الخارجي بسبب ورقة صاحب الع?...

Discussion

الخطوات الحاسمة في البروتوكول تتعلق إعداد العينات. أولا، وتوالت عينات من الضروري أن يكون ضيق من أجل جعل افتراض وجود نسبة حجم الألياف متجانسة. إذا كان هناك التدرج ضيق في العينة، معادلة اشبورن ^{5، 6} لا يمكن أن تستخدم لتناسب منحنيات فتل. وب?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Carbon UD fabrics	Hexcel	48580
Flax UD fabrics	Libeco	FLAXDRY UD 180
n-Hexane	Sigma Aldrich
Sulfochromic acid	home made		toxic and corrosive
Filter paper	Dataphysic	FP11
Tensiometer	Dataphysic	DCAT11