Name: wicking tests for unidirectional fabrics: measurements of capillary parameters to evaluate capillary pressure in liquid composite molding processes
Uploaded: 2017-01-27T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes at JoVE.co

Forsigtig: Se alle relevante materiale sikkerhedsdatablade. Kemikalier til testene er giftige og kræftfremkaldende. Brug personlige værnemidler (sikkerhedsbriller, handsker, kittel, fuld længde bukser, og lukkede toe sko). 1. Opsætning til Tests <ol><li> Forberedelse af prøver <ol><li> Skær stofstrimler langs retningen vinkelret på fibrene (for at teste vægevirkning i fiberretningen). BEMÆRK: Længderne af strimlerne bliver beregnet for at opnå et definere...

<ol>
	<li>Lawrence, J. M., Neacsu, V., Advani, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+impact+of+capillary+pressure+and+air+entrapment+on+fiber+tow+saturation+during+resin+infusion+in+lcm.">Modeling the impact of capillary pressure and air entrapment on fiber tow saturation during resin infusion in lcm.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 40 (8), 1053-1064 (2009).</li><li>Ravey, C., Ruiz, E., Trochu, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+optimal+impregnation+velocity+in+resin+transfer+molding+by+capillary+rise+experiments+and+infrared+thermography.">Determination of the optimal impregnation velocity in resin transfer molding by capillary rise experiments and infrared thermography.</a> Compos Sci Technol. 99, 96-102 (2014).</li><li>Verrey, J., Michaud, V., M&#229;nson, J. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+capillary+effects+in+liquid+composite+moulding+with+non-crimp+fabrics.">Dynamic capillary effects in liquid composite moulding with non-crimp fabrics.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 37 (1), 92-102 (2006).</li><li>Abouorm, L., Moulin, N., Bruchon, J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolithic+approach+of+Stokes-+Darcy+coupling+for+LCM+process+modelling.">Monolithic approach of Stokes- Darcy coupling for LCM process modelling.</a> Key Eng Mater. 554, 447-455 (2013).</li><li>Washburn, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Note+on+a+method+of+determining+the+distribution+of+pore+sizes+in+a+porous+material.">Note on a method of determining the distribution of pore sizes in a porous material.</a> Proc Natl Acad Sci USA. , 115-116 (1921).</li><li>Pucci, M. F., Liotier, P. -. J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+effects+on+flax+fibers-modification+and+characterization+of+the+wetting+dynamics.">Capillary effects on flax fibers-modification and characterization of the wetting dynamics.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 77, 257-265 (2015).</li><li>Darcy, H., Dalmont, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Les fontaines publiques de la ville de Dijon: exposition et application. , (1856).</li><li>Pucci, M. F., Liotier, P. -. J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+wicking+in+a+fibrous+reinforcement-orthotropic+issues+to+determine+the+capillary+pressure+components.">Capillary wicking in a fibrous reinforcement-orthotropic issues to determine the capillary pressure components.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 77, 133-141 (2015).</li><li>Pucci, M. F., Liotier, P. -. J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+wicking+in+flax+fabrics+-+effects+of+swelling+in+water.">Capillary wicking in flax fabrics - effects of swelling in water.</a> Colloids Surf A: Physicochem Eng Aspects. 498, 176-184 (2016).</li><li>Nguyen, V. H., Lagard&#232;re, M., Park, C. H., Panier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Permeability+of+natural+fiber+reinforcement+for+liquid+composite+molding+processes.">Permeability of natural fiber reinforcement for liquid composite molding processes.</a> J Mater Sci. 49 (18), 6449-6458 (2014).</li><li>Stuart, T., McCall, R., Sharma, H., Lyons, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+of+wicking+and+moisture+interactions+of+flax+and+viscose+fibres.">Modelling of wicking and moisture interactions of flax and viscose fibres.</a> Carbohydr Polym. 123, 359-368 (2015).</li></ol>

De kritiske trin i protokollen vedrører forberedelsen af ​​prøverne. For det første rullede stikprøven skal være stram for at gøre den antagelse af en homogen fiber volumenforhold. Hvis der er en tæthed gradient i prøven, kan den Washburn ligning 5, 6 ikke anvendes til at passe til væge kurver. Desuden er svære at kontrollere de randbetingelser mellem stoffet og testbeholderen. Således filterpapir (1.1.3) skal også omhyggeligt indsat i prøvehold...

Under imprægnering af fibrøse forstærkninger i flydende kompositstøbning (LSM) processer harpiksen flow drevet af en trykgradient. Kapillær effekter har en yderligere virkning, der kan konkurrere med trykgradienten, afhængigt af procesparametre. Deres indflydelse på processen har således evalueres 1, 2. Dette kan gøres ved at definere en tilsyneladende kapillartryk, P cap, modificere oprindelige trykgradient 3. Denne parameter kan efterfølgende indsættes i numeriske modeller for at simulere strømme under processer og til præcist at forudsige hulrumsdannelse 4. Den spontane imprægnering af et stof fra en væske (vægevirkning) kan beskrives ved Washburn ligning 5. Oprindeligt beskrev Washburn ligningen den kapillære stigning af en væske i et rør. Denne ligning was derefter udvidet til porøse strukturer, såsom fibrøse forstærkninger, der kan tilnærmes til et kapillarrør netværk. Overvejer en cylindrisk prøveholder med en radius, R, fyldt med et porøst medium blev Washburn-ligningen modificeret i form af kvadrerede masse gevinst (m² (t)) over tid, som følger 6: <img alt="ligning 1" src="/files/ftp_upload/55059/image001.jpg" /> (1) hvor c er en parameter, der tegner sig for snoning, R er den gennemsnitlige poreradius, og ε = 1-V f er porøsiteten (V f være fiberen volumenforhold). Alle parametre i de firkantede parenteser vedrører morfologi og konfiguration af det porøse medium, og de kan samles i en konstant, C, benævnt &quot;geometriske porøse medium faktor.&quot; De andre parametre udtrykkerafhængighed af fugtspredende om samspillet mellem mediet og væsken (gennem ρ, η, og γ L, som er henholdsvis den densitet, viskositet og overfladespænding for væsken, og gennem θ a, en tilsyneladende fremtrængningskontaktvinkel). Parallelt hermed er strømningen gennem et porøst medium sædvanligvis opbygget med den velkendte Darcy lov 7, som vedrører en tilsvarende fluidhastighed, v D, til trykfaldet gennem permeabiliteten af mediet, K, og det flydende viskositet, η . Denne ligning giver også mulighed for ekspression af massen gevinst over en kvadratroden af ​​tiden og dermed for behandlingen af ​​ækvivalensen mellem de to ligninger. Fra denne ækvivalens mellem Washburn ligningen og Darcy loven, blev det kapillære tryk derefter defineret som følger 8: (2) Her, det primære fokus er at beskrive den eksperimentelle fremgangsmåde til at måle de geometriske faktorer og de åbenbare fremrykkende kontaktvinkler for ensrettede stof, med det formål at bestemme kapillartryk. Denne metode bygger på at bruge en tensiometer at udføre fugtspredende tests (Figur 1). En tensiometer er en mikrovægt med en opløsning på 10 ug, der måler den flydende masse, enten danner en menisk omkring en fast eller stigende et fibrøst medium. Fugtspredende blev udført overvejer en endimensional karakterisering (retning langs fibrene) 8, 9. Quasi-ensrettede stoffer, der anvendes til at validere fremgangsmåden var kulstof uni-directional (UD) stoffer på en V f = 40%. Når metoden blev valideret, blev hør stof underkastet en varmebehandling that modificerer befugtning adfærd af fibre 6, og fugtspredende tests blev udført med forskellige fiber volumenforhold (fra 30% til 40%) for begge ubehandlede og behandlede hør stof. Til bestemmelse morfologiske og befugtende parametre, mindst to fugtspredende test er obligatoriske: den første med en helt-fugtevæske, som n-hexan, for at bestemme C (ligning 1), og den anden med væsken af interesse, for at bestemme den tilsyneladende fremrykkende kontaktvinkel, når C er kendt. I den første fremgangsmåde blev vand anvendt til at evaluere procedure. Denne metode kan anvendes på forskellige stoffer og væsker, der giver mulighed for evaluering af indflydelsen af ​​materiale geometri (morfologi af bomuld), porøsitet (forskellige fiber volumenforhold), og viskositeten og overfladespændingen af ​​væske på den kapillære imprægneringstrin fænomener. Det er indlysende, at proceduren i henhold til Washburn teori (ligning 1), kan kun vedtages, hvis fugtspredende curves (m² (t)) registreret af tensiometer har en lineær tendens. Det betyder, at disse parametre ligning 1 skal forblive konstant under hele vægevirkning processen. Hvis dette ikke er tilfældet, som for hør forstærkninger i vand, fordi fibrene undergår hævelse 10, 11, bør Washburn-ligningen modificeres til at indbefatte virkningen af kvældning for at beskrive prøverne korrekt 9. Behandlede stoffer blev fundet at være mindre følsomme over for vand sorption 9. Geometriske faktorer og befugtende parametre kan måles fra lineære anfald, der giver mulighed for beregning af den kapillære tryk, P cap.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="700">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Carbon UD fabrics</td>
			<td style="width:167px;">Hexcel&#160;</td>
			<td style="width:151px;">48580</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Flax UD fabrics</td>
			<td style="width:167px;">Libeco</td>
			<td style="width:151px;">FLAXDRY UD 180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">n-Hexane</td>
			<td style="width:167px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sulfochromic acid</td>
			<td style="width:167px;">home made</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td>toxic and corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Filter paper</td>
			<td style="width:167px;">Dataphysic</td>
			<td style="width:151px;">FP11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tensiometer</td>
			<td style="width:167px;">Dataphysic</td>
			<td style="width:151px;">DCAT11</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wicking tests for unidirectional fabrics: measurements of capillary parameters to evaluate capillary pressure in liquid composite molding processes

Under imprægnering af en fiberforstærkning i flydende komposit støbning (LCM) processer, kapillære effekter skal forstås for at identificere deres indflydelse på ugyldig dannelse i sammensatte dele. Vægevirkning i en fibrøs medium beskrevet af Washburn-ligningen blev betragtes dette som en strømning under indvirkning af kapillartryk ifølge Darcy ret. Eksperimentelle tests til karakterisering af vægevirkning blev udført med både carbon og hør fiberforstærkning. Kvasi-ensrettede stof blev derefter testet ved hjælp af et tensiometer at fastlægge de morfologiske og befugtningsegenskaber parametre langs fiberretningen. Proceduren blev vist at være lovende, når morfologien af ​​stoffet er uændret under kapillær vægevirkning. I tilfælde af carbon stof, kan det kapillære tryk beregnes. Hørfibre er følsom over for fugt sorption og kvælder i vand. Dette fænomen skal der tages hensyn til at vurdere de befugtnings- parametre. jegor at gøre fibre mindre følsomme over for vand sorption blev en termisk behandling, der udføres på hør forstærkninger. Denne behandling forbedrer fiber morfologiske stabilitet og forhindrer hævelse i vand. Det blev vist, at behandlede stoffer har en lineær fugtspredende trend ligner dem, der findes i kulstof stoffer, der giver mulighed for bestemmelse af kapillar pres.

Kurver af masse gevinst under vægevirkning opnået med tensiometrets for carbon og ubehandlede og behandlede hør stof er vist i figur 2 og 3. Alle kurverne er vist efter subtraktion af begge vægte af de ydre menisk på grund af det papir prøveholder og filter og forskydes til nul. Det er muligt at observere fra afbildninger i figur 2, at med begge n-hexan og vand, en line?...

Watch this Scientific Journal Video about Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes at JoVE.co

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

En eksperimentel metode til at måle geometriske parametre og de åbenbare fremrykkende kontakt vinkler beskriver kapillær fugtspredende i ensrettede syntetiske og naturlige stoffer foreslås. Disse parametre er obligatoriske for bestemmelse af de kapillære tryk, der skal tages i betragtning for flydende komposit støbning (LCM) applikationer.

Fugtspredende Tests for ensrettet Fabrics: Målinger af Kapillær Parametre til Vurdere kapillartryk i Liquid Composite støbeprocesser

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

Afslørende dynamiske processer af materialer i væsker ved brug Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

Syntese og Microdiffraction ved ekstreme tryk og temperaturer

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

Fabrikation og visualisering af kapillærbroer i spaltepaltegeometri

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

Single Plane Illumination Module and Micro-capillary Approach for a Wide-field Microscope

Single Plane Illumination modul og Micro-kapillær-metoden for en Wide-field mikroskop

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Kapillær-baserede Centrifugal mikrofluidanordning for Size-styrbar Dannelse monodisperse Mikrodråber

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Synthesis of Ionic Liquid Based Electrolytes, Assembly of Li-ion Batteries, and Measurements of Performance at High Temperature

Syntese af ioniske væske baserede Elektrolytter, Forsamlingen af ​​Li-ion-batterier, og Målinger af ydeevne ved høj temperatur

The chemical instability of the traditional electrolyte remains a safety issue in widely used energy storage devices such as Li-ion batteries. Li-ion ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Studere dynamiske processer af Nano-størrelse Objekter i Liquid hjælp Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes

Magnet bistået Composite produktion: En fleksibel ny teknik til at opnå høj konsolidering trykket i vakuum pose/Lay-oppe processer

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Skæring procedurer, trækprøvning, og aldring af fleksible ensrettede komposit laminater

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Use of Capillary Aerosol Generator in Continuous Production of Controlled Aerosol for Non-Clinical Studies

Anvendelse af kapillær aerosolgenerator til kontinuerlig produktion af kontrolleret aerosol til ikke-kliniske undersøgelser

The capillary aerosol generator (CAG) is operated with the principal of thermal liquid evaporation through heating of e-liquid in the initial phase, ...