Tek yönlü Kumaşlar Testleri esneklik: Kılcal Parametrelerinin Ölçümleri Sıvı Kompozit Kalıp Süreçlerinde Kılcal Basınç değerlendirin

Özet

Bir deneysel yöntem geometrik parametreler ve önerilen tek yönlü sentetik ve doğal kumaşlar esneklik kılcal açıklayan belirgin ilerleyen temas açılarını ölçmek için. Bu parametreler sıvı kompozit kalıpları (LCM) uygulamalar için dikkate alınması gereken kılcal basınçlar belirlenmesi için zorunludur.

Özet

Sıvı kompozit döküm (LCM) süreçlerinde lifli takviye emdirilmesi sırasında kapiler etkisi kompozit parçalar void oluşumu üzerindeki etkilerini belirlemek için anlaşılması gerekir. Washburn denklemi ile tarif edilen bir elyaflı ortam içinde Fitilleme Darcy kanununa göre kılcal basıncın etkisi altında bir akış eşdeğer olarak kabul edildi. fitilleme karakterizasyonu için deneysel testler her iki C-ve keten lifi takviyesi ile gerçekleştirilmiştir. Yarı tek yönlü kumaşlar daha sonra lif doğrultusu boyunca morfolojik ve ıslatma parametrelerini belirlemek için bir tansiyometre ile test edilmiştir. yöntemi kumaşın morfolojisi kapiller fitillenme sırasında değişmez umut verici olduğu gösterilmiştir. C kumaş durumunda, kılcal basınç hesaplanabilir. Keten lifleri nem emiş duyarlıdır ve su içinde şişer. Bu olgu, ıslatma parametreleri değerlendirmek için dikkate alınmalıdır. benn su emilimi lifleri daha az duyarlı hale getirmek için, bir ısıl işlem keten takviye üzerinde gerçekleştirildi. Bu tedavi lif morfolojik kararlılığını artırır ve suda şişme engeller. Bu kumaşlar, kılcal basıncının belirlenmesi için izin C kumaş bulunanlara, benzer bir düz emici eğilimi tedavi olduğu gösterilmiştir.

Giriş

Sıvı kompozit döküm (LSM) işlemlerinde elyaflı takviye emdirilmesi sırasında, reçine akışı bir basınç gradyanı ile tahrik edilir. Kılcal etkileri işlem parametrelerine bağlı olarak, basınç gradyanı ile rekabet edebilecek ilave bir etkiye sahiptirler. Işlem üzerindeki etkisi bu şekilde ^{2, 1} değerlendirilmelidir. Bu ilk basınç farkı ³ değiştirerek, belirgin bir kılcal basıncı, P _kapağı tanımlayarak yapılabilir. Bu parametre daha sonra süreçlerinde akımlarını simüle etmek için sayısal modeller sokulabilir ve doğru bir boşluk oluşumu ⁴ tahmin.

Bir sıvı (fitilleme) ile bir kumaşın kendiliğinden emprenye Washburn denklemi ⁵ ile tarif edilebilir. Başlangıçta, Washburn denklemi bir tüpün içinde bir sıvı kapiler artışı tarif. Bu denklem, WAs daha sonra bir kılcal tüp ağına yaklasık olabilir gibi lifli takviye olarak gözenekli yapılar, uzatılır. ⁶ aşağıdaki gibi bir gözenekli ortam maddesi ile doldurulmuş bir yarıçap R ile silindir biçiminde bir numune tutucu göz önüne alındığında, Washburn denklemi, zaman karesi kütle kazanımında (m² (t)) olarak değiştirildi:

(1)

c kıvrımlarında hesapları bir parametre olduğu, R ortalama gözenek yarıçapı ve ε = 1 V _f gözeneklilik (lif hacim oranı olma _f V) 'dir. Köşeli parantez içinde tüm parametreler gözenekli ortam morfoloji ve yapılandırmasını ilgilendiren ve onlar olarak adlandırılan bir sabit, C, konsolide edilebilir "geometrik gözenekli ortam faktör." diğer parametreler ifadeη, ρ ila (orta ve sıvı arasındaki etkileşimlere emme bağımlılığı ve γ _L olan, sırası ile, yoğunluk, viskozite, yüzey gerilimi, sıvının ve θ _A ile, belirgin bir ilerleme temas açısı).

Buna paralel olarak, bir gözenekli ortam içinden akış, genellikle η ortamı, K ve sıvı viskozitesi geçirgenliği boyunca basınç düşmesi, eş akışkan hızı, V, _D ile ilgilidir iyi bilinen Darcy hakları ⁷ ile modellenir . Bu denklem aynı zamanda bir zaman karekök üzerine ve böylece iki denklemler arasındaki denklik değerlendirilmek üzere kitle kazanç ifadesi için izin verir. ⁸ aşağıdaki gibi Washburn denklemi ve Darcy hukuk arasındaki bu denklik itibaren, kılcal basınç sonra tanımlanmıştır:

(2)

Burada, ana odak kılcal basınç belirlemek amacıyla, geometrik faktörler ve tek yönlü kumaşlar için belirgin ilerleyen temas açılarını ölçmek için deney prosedürü tarif etmektir. Bu yöntem, fitilleme testi (Şekil 1) gerçekleştirmek için bir gerilimölçer kullanılarak dayanır. Bir tansiyometre sıvı kütle ya katı etrafında bir menisküs şekillendirme veya lifli orta artan ölçer 10 ug çözünürlüğe sahip bir mikro terazi olduğunu. Fitilleme testi tek boyutlu bir karakterizasyonu (lifleri boyunca yönü) ^{8, 9} göz önüne alındığında gerçekleştirilmiştir. Prosedürü doğrulamak için kullanılan yarı-tek yönlü kumaşlar V _f =% 40 karbon tek yönlü (UD) kumaşlar vardı. yöntem doğrulandı sonra, keten kumaşlar ısıl işlem t sunulduHat elyaf ⁶ ıslatıcı davranışını değiştiren ve emme testleri işlenmemiş ve işlenmiş keten kumaş hem de (% 40% 30 den), farklı fiber hacim oranlanna ile yapıldı. Morfolojik ve ıslatma parametreleri belirlemek için en az iki emme testleri zorunludur: n-heksan gibi tamamen ıslatma sıvısı ile birincisi, C (Denklem 1) ve söz konusu sıvı ile ikinci bir belirlemek belirlemek C kez belirgin ilerleme temas açısı bilinir. İlk yaklaşımda, su işlemi elde etmek için kullanılmıştır.

Bu yöntem, malzeme geometrisine, (kumaş morfolojisi), gözeneklilik (farklı lif hacim oranları) ve viskozite ve kapiler emprenye fenomeni ile ilgili sıvının yüzey geriliminin etkisiyle değerlendirilmesinde sağlayan, farklı kumaş ve sıvı uygulanabilir. Washburn teorisine (Denklem 1) 'e göre prosedür sadece esneklik cu eğer kabul edilebilir o açıktırrves (m² (t)) tansiyometre tarafından kaydedilen bir doğrusal eğilim var. Bu Denklem 1 'de parametreleri, tüm emici işlemi sırasında sabit kalması anlamına gelir. Elyaflar ^{10, 11} şişmesi, bu, su içinde keten takviye olarak böyle değilse, Washburn denklemi testleri doğru ⁹ tanımlamak için şişme etkisinin, modifiye edilmelidir. Arıtılmış kumaşlar su emilimi ⁹ daha az duyarlı olduğu saptanmıştır. Geometrik faktörler ve ıslatma parametreler kılcal basınç P _kap hesaplanması için izin doğrusal uyan gelen _{ölçülebilir.}

Protokol

Dikkat: tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını danışınız. testler için kullanılan kimyasallar, toksik ve kanserojendir. kişisel koruyucu donanım (koruyucu gözlük, eldiven, laboratuvar önlüğü, tam uzunlukta pantolon ve kapalı parmak ayakkabı) kullanın.

Testler için 1. Kurulum

1. Numunelerin hazırlanması
   1. (Lif yönünde fitillenmesi test etmek için) elyaf dik yönde kumaş şerit kesin.
      Not: şeritlerin uzunluğu belirli bir elyaf hacim oranının elde edilmesi için hesaplanmaktadır. C-kumaşlar için, V _F =% 40 elde edilmesi için, şeritlerin uzunluğu 150 mm idi. Işlenmemiş ve işlenmiş keten, aynı V _f ulaşmak için, uzunluk 365 mm idi. Her şeridin genişliği 20 mm (Şekil 1) numune tutucu, yüksekliğine eşit olur.
   2. R numune tutucu içine sokulmasına izin sıkıca şeritler Rulo/ Em> = 6 mm.
   3. (Esneklik örnek tutucu etkisini bastırmak için) numune tutucu ve örnek takviye arasındaki ince kağıt filtre ekleyin. kağıt filtre maksimum kalınlığı 0.1 mm olmalıdır.
   4. silindir içine örneği yerleştirin ve sıkıştırma sağlamak amacıyla üstündeki alt delinmiş kapağı ve pistonu vida.
   5. tansiyometre kumaş ile örnek tutucu kelepçe.
2. Sıvıların hazırlanmasında
   1. Sıvı testi ile bir gemi doldurun ve tansiyometre özel yuvasına yerleştirin. Kullanım kaplar borosilikat cam ve 70 mm arasında bir çapa sahip oldu.
   2. İlk test (aşama 2.1), n-heksan kullanın. İkinci testte (adım 2.3) için su kullanın. Tekne içindeki sıvı, en az 12 mm'lik bir yüksekliğe ulaşır emin olun.
3. deneysel parametreler
   1. 8 mg ve abancı yüzey algılama eşiğini ayarlamaksıvı saptanması için, 0.5 mm / s sıvı kabının tion hızı.

2. Fitilleme testi

NOT: örneklerinin hazırlanması ve tansiyometre parametreleri kurulumundan sonra, esneklik testleri başlayabilirsiniz. sıvı örnek tutucu ile temas edene kadar, sıvı kabı yukarı hareket eder. Sonra, sıvı numune tutucu içine yükselir ve tansiyometre zamanla kare sıvı kütle kazancı ölçer. Veri tansiyometre birlikte verilen yazılım tarafından kaydedilir. zamana karşı kütlesinin bir eğri sonra her esneklik testi için görüntülenmiştir.

1. Geometrik faktörü tespiti için ilk test:
   1. tamamen ıslatma sıvısının (kendisi için temas açısı 0 °), örneğin, n-heksan kullanarak.
   2. görüntülenmiştir eğrisi sabit bir değere ulaştığında esneklik testi durdurun. Bu sıvı fitilleme tam olduğunu ve böylece numune tutucu üst ulaştı ve belirtir.
   3. Washburn denklemi ile fitilleme eğrisi ^(m2 (t)) ile lineer trend uygun:
      (3)
      İlerleme temas açısı doğrusal bir uyum eğiminden n-heksan ile 0 ° sözde olduğundan, geometrik sabit, C ⁽⁵ mm) belirler.
      Not: Tüm testler, 20 ° C'de standart koşullar altında gerçekleştirilmiştir. sıcaklıktaki bir değişiklik, sıvı yüzey gerilimini ve sonuçları değiştirecektir.
2. Aşağıdaki testler için numune tutucu temizliği
   Not: Islak kumaş ayrılmasından sonra, numune tutucusu aşağıdaki ölçümlerden hataları önlemek için mükemmel temizlenmelidir.
   1. 30 saniye için sülfokromik asit (potasyum dikromat doymuş bir çözeltisi% 50 konsantre sülfürik asit% 50) bir kap içinde numune tutucu bırakın.
   2. distile su ile durulayın veDaha sonra kurulayın.
3. Belirgin ilerleyen temas açısını belirlemek için ikinci test
   1. İlerleme temas açısı, yeni aynıdır ve kuru kumaş örneği ile ölçülecek olan sıvısı kullanın.
      NOT: Su yöntemini doğrulamak amacıyla kullanılmıştır.
   2. görüntülenmiştir eğrisi sabit bir değere ulaştığında esneklik testi durdurun. Bu sıvı numune tutucusunun üst ulaştı ve bu kılcal yükselme tamamlandığını gösterir.
   3. Sabit C için, daha önce belirleyici doğrusal bir uyum eğimle, ilk test (aşama 2.1) nedeniyle bilinen, Washbum denklemine (Denklem 3) ile fitilleme eğrisi ^(m2 (t)) doğrusal bir parçası monte ilerleme temas açısı, θ _bir (°).
      Not: Tüm testler, 20 ° C'de standart koşullar altında gerçekleştirilmiştir. sıcaklıktaki bir değişiklik, sıvı yüzey gerilimini ve sonuçları değiştirecektir.
4. Numune tutucu nedeniyle, sıvı ağırlığı katkı değerlendirilmesi
   NOT: tansiyometre, bir mikro olarak, kumaş sıvı artan ve numune tutucu dış menisküs katkısı ve filtresi esneklik de dahil olmak sıvının toplam kütlesi, ölçer. Bu katkılar izole edilmelidir.
   1. numune tutucu içine adım 1.1.3 kullanılmaktadır ve tekrar 2.1.1-2.1.2 adımları olarak filtre kağıdı aynı miktarda koyun.
   2. Adım 2.1.3 kaydedilen verilerin elde edilen sabit değer (m ²⁾ Çıkar ve geometrik sabiti, C doğru değerlendirme değerlendirmek için eğrisini kaydırır.
   3. Sadece filtre kağıdı ve tekrar 2.3.1-2.3.2 adımları ile örnek tutucu doldurun.
   4. Adım 2.3.3 kaydedilen verilerin elde edilen sabit değer (m ²⁾ Çıkar ve ilerleyen temas açısı doğru değerlendirme değerlendirmek için eğri vardiya _basmakta q.

Sonuçlar

Karbon ve işlenmemiş ve işlenmiş keten kumaş tansiyometre elde fitilleme sırasında yığın kazanç eğrileri, Şekil 2 ve 3'te gösterilmektedir. Tüm eğriler nedeniyle numune tutucu ve filtre kağıdı dış menisküsün her iki ağırlıkların çıkarıldıktan sonra gösterilir ve sıfıra kaydırılır.

Kumaş numune tutucuya doğru yerleştirilmiş ise, n-heksan ve su, deney...

Tartışmalar

Protokolde kritik adımlar örneklerinin hazırlanması ile ilgilidir. İlk olarak, haddelenmiş örneklenmiş homojen bir lif hacim oranı varsayımını yapmak için sıkı olması gerekir. Numunede bir sıkışma gradyan ise, Washburn denklemi ^{5, 6} fitilleme eğrileri uyacak şekilde kullanılamaz. Buna ek olarak, kumaş ve numune tutucu arasındaki sınır koşulları kontrol etmek zordur. Bu nedenle, filtre kağıdı (1.1.3) de dikkatle numune tutucuları <...

Malzemeler

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