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
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Achtung: Abrufen aller relevanten Sicherheitsdatenblätter. Chemikalien für die Tests verwendet werden, sind giftig und krebserregend. Persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Kittel, in voller Länge Hosen und geschlossene Schuhe). 1. Einrichtung für Tests <ol><li> Vorbereitung der Proben <ol><li> Geschnitten Stoffstreifen entlang der Richtung senkrecht zu den Fasern (wicking, um in der Faserrichtung zu testen). HINWEIS: Die Längen der Streifen ...

<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>

Die kritischen Schritte in dem Protokoll betreffen die Herstellung der Proben. Erstens haben die gewalzte abgetastet dicht sein, um die Annahme einer homogenen Faservolumenverhältnis zu machen. Wenn es eine Dichtigkeitsgefälle in der Probe vorhanden ist, die Washburn - Gleichung 5, 6 nicht die Kapillareinrichtung Kurven verwendet werden , passen. Darüber hinaus sind die Randbedingungen zwischen dem Gewebe und dem Probenhalter schwierig zu steuern. Somit kann ...

Beim Imprägnieren von Faserverstärkungen in Liquid Composite Moulding (LSM) Verfahren wird der Harzfluß durch einen Druckgradienten angetrieben. Kapillareffekte haben eine zusätzliche Wirkung, die mit dem Druckgefälles in Abhängigkeit von den Prozessparametern zu konkurrieren. Deren Einfluss auf das Verfahren hat also 1 ausgewertet werden, 2. Dies kann durch die Definition einer scheinbaren Kapillardruck P Kappe, Modifizieren der anfänglichen Druckgefälle 3 erfolgen. Dieser Parameter kann anschließend in numerische Modelle eingesetzt werden , um Ströme während Prozesse zu simulieren und genau 4 Hohlraumbildung vorherzusagen. Die spontane Imprägnierung eines Gewebes durch eine Flüssigkeit (wicking) durch die Washburn - Gleichung 5 beschrieben. Ursprünglich beschriebene Washburn-Gleichung die kapillaren Aufstieg einer Flüssigkeit in einem Rohr. Diese Gleichung was dann für poröse Strukturen erweitert, wie beispielsweise Faserverstärkungen, die zu einem Kapillarrohr Netzwerk approximiert werden kann. Betrachtet man einen zylindrischen Probenhalter mit einem Radius, R, mit einem porösen Medium gefüllt wurde die Washburn - Gleichung in der Form von quadrierten Gewichtszunahme (m² (t)) über die Zeit geändert, wie folgt 6: <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/55059/image001.jpg" /> (1) wobei c ein Parameter ist , die für die Tortuosität ausmacht, r der mittlere Porenradius und ε = 1-V f ist die Porosität (V f das Faservolumenverhältnis wird). Alle Parameter in den eckigen Klammern beziehen sich auf die Morphologie und die Konfiguration des porösen Mediums, und sie können in eine konstante, C konsolidiert werden, da die genannten &quot;geometrische porösen Medium Faktor.&quot; Die anderen Parameter ausdrücken dieAbhängigkeit der Feuchtigkeitsregulierung über die Wechselwirkungen zwischen dem Medium und der Flüssigkeit (durch ρ, η und γ L, das sind jeweils die Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung der Flüssigkeit, und durch θ a, eine scheinbare Kontaktwinkel). Parallel dazu wird der Fluß durch ein poröses Medium in der Regel mit dem bekannten Darcy Gesetz 7, modelliert , die eine äquivalente Fluidgeschwindigkeit v D bezieht sich auf den Druckabfall durch die Durchlässigkeit des Mediums, K, und der Flüssigkeitsviskosität, η . Diese Gleichung kann auch für die Expression der Massenzunahme über einen Quadratwurzel der Zeit und damit für die Berücksichtigung der Äquivalenz zwischen den beiden Gleichungen. Aus dieser Äquivalenz zwischen der Washburn - Gleichung und dem Darcy Gesetz wurde der Kapillardruck dann wie folgt 8 definiert: (2) Hier liegt der Schwerpunkt der experimentellen Verfahren zu beschreiben, die geometrischen Faktoren und die scheinbaren vorrückenden Kontaktwinkel für unidirektionale Gewebe zu messen, mit dem Ziel, den kapillaren Druck zu bestimmen. Dieses Verfahren beruht ein Tensiometer zur Verwendung wicking Tests (Figur 1) durchzuführen. Ein Tensiometer ist eine Mikrowaage mit einer Auflösung von 10 &amp; mgr; g, die die flüssige Masse entweder Ausbilden eines Meniskus um einen festen oder aufsteigend ein faseriges Medium misst. Wicking Tests wurden durchgeführt unter Berücksichtigung eine eindimensionale Charakterisierung (Richtung entlang der Fasern) , 8, 9. Quasi-unidirektionale Gewebe verwendet , um das Verfahren zur Validierung waren Kohlenstoff unidirektional (UD) Gewebe , bei einer V f = 40%. Sobald das Verfahren validiert wurde, Flachs Gewebe wurden einer thermischen Behandlung t eingereichtHut modifiziert das Benetzungsverhalten von Fasern 6 und wicking Tests wurden mit unterschiedlichen Faservolumenverhältnissen durchgeführt (von 30% bis 40%) sowohl für unbehandelten und behandelten Flachsgewebe. Um zu bestimmen , morphologischen und Benetzungsparameter mindestens zwei wicking Tests sind obligatorisch: der erste mit einer völlig benetzende Flüssigkeit, wie n-Hexan, um zu bestimmen , C (Gleichung 1) und die zweite mit der interessierenden Flüssigkeit, um zu bestimmen , der scheinbare Kontaktwinkel einmal C bekannt ist . Im ersten Ansatz wurde Wasser verwendet, um das Verfahren zu bewerten. Dieses Verfahren kann auf verschiedene Stoffe und Flüssigkeiten angewendet werden, so dass für die Bewertung des Einflusses von Materialgeometrie (Morphologie von Gewebe), Porosität (unterschiedliche Faservolumenverhältnisse), und die Viskosität und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit auf der kapillaren Imprägnierungs Phänomene. Es ist offensichtlich, dass das Verfahren gemäß der Washburn-Theorie (Gleichung 1) nur, wenn wicking cu erlassenRVE (m² (t)) von dem Tensiometer aufgezeichnet haben einen linearen Trend. Dies bedeutet, dass die Parameter in Gleichung 1 muss während des gesamten Prozesses wicking konstant bleiben. Ist dies nicht der Fall ist, wie für Flachs Verstärkungen in Wasser, weil Fasern unterziehen 10 Schwellung, 11 sollte die Washburn - Gleichung modifiziert werden , um die Wirkung der Quellung aufzunehmen , um die Tests richtig 9 zu beschreiben. Die behandelten Gewebe wurden zur Wasseraufnahme 9 bis weniger empfindlich gefunden. Geometrische Faktoren und Benetzungsparameter kann aus linearen fits gemessen werden, so dass für die Berechnung der Kapillardruck 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

Während der Imprägnierung einer Faserverstärkung in Liquid Composite Moulding (LCM) Prozesse haben Kapillareffekte, um zu verstehen, deren Einfluss auf die Porenbildung in Verbundteilen zu identifizieren. Feuchtigkeitsregulierung in einem faserigen Medium durch die Gleichung wurde nach dem Gesetz Darcy unter der Wirkung des Kapillardrucks zu einer Strömungs äquivalente Washburn beschrieben betrachtet. Experimentelle Tests zur Charakterisierung von wicking wurden sowohl mit Kohlenstoff und Flachsfaserverstärkung durchgeführt. Quasi-unidirektionales Gewebe wurden dann mit Hilfe eines Tensiometers getestet, um die morphologischen und Benetzungsparameter entlang der Faserrichtung zu bestimmen. Das Verfahren wurde gezeigt, vielversprechend zu sein, wenn die Morphologie des Gewebes während kapillare Saugwirkung unverändert ist. Im Falle von Kohlegewebe kann der Kapillardruck berechnet werden. Flachsfasern sind empfindlich gegen Feuchtigkeitssorption und quellen im Wasser. Dieses Phänomen berücksichtigt werden, um die Benetzungsparameter zu bestimmen. ichn, um Fasern weniger empfindlich gegenüber Wasseraufnahme zu machen, wurde eine thermische Behandlung auf Flachs Verstärkungen durchgeführt. Diese Behandlung verbessert die morphologische Stabilität Faser und verhindert Quellung in Wasser. Es wurde gezeigt, dass behandelten Gewebe eine lineare wicking Trend ähnlich denen in Kohlenstoffgewebe, so dass für die Bestimmung der Kapillardruck gefunden.

Die Kurven der Massenzunahme während der mit dem Tensiometer für Kohlenstoff erhalten Wicking und unbehandelten und behandelten Flachs Gewebe sind in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt ist . Alle Kurven sind nach der Subtraktion der beiden Gewichte der externen Meniskus aufgrund der Probenhalter und Filterpapier dargestellt und werden verschoben, um Null. Es ist möglich , aus den Stellplä...

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

Eine experimentelle Methode geometrischen Parameter und die scheinbaren vorrückenden Kontaktwinkel beschreibt Kapillare in unidirektionalen synthetischen und natürlichen Stoffen Wicking zu messen vorgeschlagen. Diese Parameter sind obligatorisch für die Bestimmung der Kapillardrucke, die in Betracht für Liquid Composite Molding (LCM) Anwendungen genommen werden muss.

Wicking Tests für unidirektionale Gewebe: Die Messungen der Kapillar-Parameter Kapillardruck in Liquid Composite Molding Verfahren zur Bewertung

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

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