Name: experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method
Uploaded: 2017-10-06T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method at JoVE.com

Dit onderzoek werd gesteund door de klimaat verandering onderzoek Hub van KAIST (verlenen nr. N11160012), de toonaangevende buitenlandse Research Instituut Recruitment Program via de nationale onderzoek Stichting van Korea gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT en toekomst Planning (grant nr. 2011-0030065), de toonaangevende Human Resource trainingsprogramma van Regionale Neo industrie door middel van de nationale onderzoek Stichting van Korea (NRF) gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT en Planning van de toekomst (verlenen neen. NRF-2016H1D5A1910603). Hun steun zit zeerst zich opwaarderen.

1. materiaal voorbereiding <ol><li>voorbereiding van het composietmateriaal Opmerking: Let op, wees zo goed raadplegen alle relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) vóór gebruik. Verscheidene van de chemicaliën die worden gebruikt in deze methoden mogelijk giftige en kankerverwekkende. Nanomaterialen wellicht extra risico's ten opzichte van hun tegenhangers van de bulk. Gebruik bij het uitvoeren van een experiment, met inbegrip van het gebruik van technische controles (zuurkast, handschoe...

<ol>
	<li>Hwang, I. U., 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=Bipolar+plate+made+of+carbon+fiber+epoxy+composite+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Bipolar plate made of carbon fiber epoxy composite for polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 184 (1), 90-94 (2008).</li><li>Avasarala, B., Haldar, P. <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+surface+roughness+of+composite+bipolar+plates+on+the+contact+resistance+of+a+proton+exchange+membrane+fuel+cell.">Effect of surface roughness of composite bipolar plates on the contact resistance of a proton exchange membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 188 (1), 225-229 (2009).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Kim, M. K., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+treatment+of+the+carbon+fiber+bipolar+plate+for+PEM+fuel+cell.">Plasma treatment of the carbon fiber bipolar plate for PEM fuel cell.</a> Compos Struct. 94 (5), 1911-1918 (2012).</li><li>Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+composite-metal+hybrid+bipolar+plates+for+PEM+fuel+cells.">Development of composite-metal hybrid bipolar plates for PEM fuel cells.</a> Int J Hydrogen Energy. 37 (17), (2012).</li><li>Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic-carbon+surface+treatment+of+composite+bipolar+plate+for+high-efficiency+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Electromagnetic-carbon surface treatment of composite bipolar plate for high-efficiency polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 195 (6), 1577-1582 (2010).</li><li>Kim, B. G., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single-type+aluminum/composite+hybrid+bipolar+plate+with+surface+modification+for+high+efficiency+PEMFC.">A single-type aluminum/composite hybrid bipolar plate with surface modification for high efficiency PEMFC.</a> Int J Hydrogen Energy. 36 (4), 3087-3095 (2011).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Suh, J. D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+graphite-coated+carbon+fiber+epoxy+composite+bipolar+plate+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cell.">A graphite-coated carbon fiber epoxy composite bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 196 (23), 9868-9875 (2011).</li><li>Kim, K. H., Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+carbon+composite+bipolar+plate+(BP)+for+vanadium+redox+flow+battery+(VRFB).">Development of carbon composite bipolar plate (BP) for vanadium redox flow battery (VRFB).</a> Compos Struct. 109, 253-259 (2014).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gasket-integrated+carbon/silicone+elastomer+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Gasket-integrated carbon/silicone elastomer composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 128, 284-290 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-mechanical+properties+of+the+carbon+fabric+composites+with+fibers+exposed+on+the+surface.">Electro-mechanical properties of the carbon fabric composites with fibers exposed on the surface.</a> Compos Struct. 140, 77-83 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+exposing+carbon+fibers+on+composite+bipolar+plates.">Method for exposing carbon fibers on composite bipolar plates.</a> Compos Struct. 134, 1-9 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+proton+exchange+membrane+fuel+cells+(HT-PEMFCs).">Carbon composite bipolar plate for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs).</a> J Power Sources. 327, 119-126 (2016).</li><li>Lee, D., Choe, J., Nam, S., Lim, J. W., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+non-woven+carbon+felt+composite+bipolar+plates+using+the+soft+layer+method.">Development of non-woven carbon felt composite bipolar plates using the soft layer method.</a> Compos struct. 160, 976-982 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cathode/anode+integrated+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Cathode/anode integrated composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 167, 144-151 (2017).</li><li>Lee, D., Oh, Y., Nam, S., Choe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+Characteristics+of+Fiber-exposed+Glass+Composites.">Adhesion Characteristics of Fiber-exposed Glass Composites.</a> Compos Struct. 165, 9-14 (2017).</li></ol>

De zachte laag methode biedt aanzienlijke voordelen vergeleken met de conventionele methoden, en met een lagere productiekosten. Alle drie soorten composieten vervaardigd door de zachte laag methode weergeven unieke kenmerken in termen van de elektrische eigenschappen, mechanische eigenschappen, gas permeabiliteit en hechting eigenschappen
Voor de meting van de elektrische eigenschap, werd een vier-punts sonde-methode gebruikt. ASR was 5 keer gemeten en de gemiddelde waarde werd opgevat als ee...

De bipolaire plaat is een multi-functionele essentieel onderdeel van energie conversie en energie opslagsystemen zoals brandstofcellen en batterijen. De belangrijkste functionele eisen van de bipolaire plaat zijn als volgt: hoge elektrische geleidbaarheid in de richting van de via-dikte te verminderen ohms-verlies, hoge mechanische eigenschappen om te weerstaan de compressie van de hoge druk en externe effecten en hoog productiviteit voor massaproductie.
Vergeleken met de grafiet en metalen die goedgekeurd conventioneel als materialen voor de bipolaire plaat, hebben composieten van koolstofvezel/epoxy een hogere specifieke sterkte en stijfheid, waarmee wordt aangegeven dat het gewicht van het systeem aanzienlijk kan worden verminderd door ter vervanging van de conventionele bipolaire plaat materialen met composieten1. Conventionele koolstof/epoxy composieten hebben echter slechte elektrische geleidbaarheid in de richting van de via-dikte, wat resulteert in een grote areal specifieke weerstand (ASR), als gevolg van de hars-rijke laag die op het samengestelde oppervlak ontstaat. De hars-rijke isolatielaag voorkomt dat rechtstreekse contacten tussen de geleidende carbon vezels en aangrenzende onderdelen, zoals een andere bipolaire plaat, gas verspreiding laag (GDL), en carbon voelde elektrode (CFE).
Talrijke studies werden uitgevoerd u kunt oplossen door de hoge ASR als gevolg van de hars-rijke laag. De eerste benadering was oppervlaktebehandeling methoden voor het selectief verwijderen van de hars-rijke laag. Bijvoorbeeld, was mechanische slijtage probeerde te verwijderen van de hars op de surface2. Echter, de carbon vezels werden ook beschadigd, wat resulteerde in een arme ASR. Plasma behandeling3,4 en magnetron behandeling methoden5,6 zijn ook ontwikkeld om te voorkomen beschadiging van de vezel, maar zij resulteerde in lage productiviteit en uniformiteit. De tweede benadering, geleidende laag coating methoden, inclusief uitgebreide grafiet coating7,8. Deze methode met succes de ASR verminderd en is beschouwd als een standaardmethode voor de vervaardiging van een bipolaire composietplaten. Echter, het is duur en heeft duurzaamheid en delaminatie problemen als gevolg van de lage mechanische sterkte.
In deze studie, wordt de "zachte laag methode", een productie-methode die carbon vezels op het oppervlak van de bipolaire composietplaten blootstellen kan, roman aangetoond. Het belangrijkste doel van deze methode is om een lage ASR met een lage productiekosten. De zachte laag methode neemt een dun zacht laagje zoals een polymeer verwijderbare beschermingsfolie tussen de compressie schimmel en bipolaire plaat. Na het uitharden in de compressie schimmel en het loskoppelen van de zachte laag, wordt de bewerkte bipolaire plaat weergegeven carbon vezels blootgesteld aan de oppervlakte zonder post oppervlakte behandeling. Deze methode niet alleen daalde de ASR maar ook aanzienlijk toegenomen van de mechanische eigenschappen en loste het probleem van de permeabiliteit gas. Deze methode kan worden toegepast voor veel andere doeleinden: de ontwikkeling van een elektrisch geleidende plaat, de vervaardiging van een dunne vierkleurendruk en de fabricage van een lijm gezamenlijke zonder oppervlaktebehandeling.

<table width="891">
	<tbody>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Unidirectional carbon/epoxy prepreg</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">USN020</td>
			<td class="xl66" style="width:264pt" width="352">Used to fabricate unidirectional carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Plain weave carbon fabric/epoxy prepreg</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">WSN 1k</td>
			<td class="xl66">Used to fabricate fabric carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Plain weave carbon fabric</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">C-112</td>
			<td class="xl66">Used to fabricate fabric carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Non-woven carbon felt</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Newell</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">Graphite felt 3 mm</td>
			<td class="xl66">Used to fabricated felt carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Film type epoxy resin</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">K51</td>
			<td class="xl66">Used as a matrix of the composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Acetone 99.5%</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Samchun</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">67-64-1</td>
			<td class="xl66">Used to cleanse the carbon fiber and the soft layers</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Mold release</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">ShinEtsu</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">KF-96</td>
			<td class="xl66">Used to coat the mold</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Release film</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Airtech</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">A4000V</td>
			<td class="xl66">Used as a soft layer</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Compression mold</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">N/A</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">N/A</td>
			<td class="xl66">Machined in lab. Material: NAK80</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Hot press</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Hydrotek 100</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">N/A</td>
			<td class="xl66">Used to apply pressure and heat</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Scanning electron microscope</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">FEI Compnay</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">Magellan 400</td>
			<td class="xl66">Used to investigate the surface of the composite</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method

De bipolaire plaat is een belangrijk onderdeel van brandstofcellen (PEMFCs) voor de proton-uitwisseling membraan en vanadium-redox flow batterijen (VRFBs). Het is een multi-functionele onderdeel dat hoge elektrische geleidbaarheid, hoge mechanische eigenschappen, en een hoge productiviteit moet.
In dit verband kunnen een koolstofvezel/epoxy composiet een ideaal materiaal ter vervanging van de conventionele grafiet bipolaire plaat, die vaak tot de katastrofisch mislukking van het gehele systeem vanwege de inherente broosheid leidt. Hoewel de koolstof/epoxy composiet hoge mechanische eigenschappen heeft en gemakkelijk is te produceren, is de elektrische geleiding in de via-dikte richting slecht vanwege de hars-rijke laag die op haar oppervlak ontstaat. Daarom is een uitgebreide grafiet coating goedgekeurd oplossen van het probleem van de elektrische geleidbaarheid. De uitgebreide grafiet coating niet alleen verhoogt de productiekosten maar heeft ook arme mechanische eigenschappen.
In deze studie, wordt een methode om te bloot vezels op de samengestelde oppervlakte aangetoond. Er zijn momenteel veel methoden die vezels oppervlaktebehandeling na de fabricage van de samengestelde kunnen weergeven. Deze nieuwe methode, echter, vereist geen oppervlaktebehandeling omdat de vezels tijdens de vervaardiging van de samengestelde worden blootgesteld. Door bloot blote carbon vezels op het oppervlak, zijn de elektrische geleidbaarheid en de mechanische sterkte van de samengestelde drastisch toegenomen.

De bewerkte specimens zijn waargenomen met behulp van scanning elektronen microscopie (SEM) (Figuur 1). Omdat de hars-rijke laag dat betrekking heeft op de top van de vezels slechts een paar micrometer dik is, is een optische microscopische opname waargenomen bij de bovenkant van het model niet geschikt. Een SEM-beeld waargenomen door het kantelen van het model door 5° biedt een meer representatief beeld. In vergelijking met de composieten vervaardigd door c...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method at JoVE.com

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

Een protocol om bloot blote vezels op het samengestelde oppervlak door het elimineren van hars rijk gebied wordt gepresenteerd. De vezels worden tijdens de fabricage van de composieten, niet door de oppervlakte na de behandeling blootgesteld. De blootgestelde koolstof composieten vertonen hoge elektrische geleidbaarheid in de richting van de via-dikte en hoge mechanische eigenschap.

Experimentele implementatie van een nieuwe methode van de samengestelde Fabrication: bloot blote vezels op het samengestelde oppervlak door de zachte laag-methode

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

Fabricage en karakterisering van wanordelijke polymeer optische vezels voor Transversale Anderson lokalisatie van Licht

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Emissie spectroscopische Boundary Layer Investigation tijdens Ablatief materiaaltestreactoren in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

Het testen van nanodeeltjes release van een composiet die nanomaterialen bevatten Met behulp van een kamer System

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

Strain Sensing Gebaseerd op Multiscale Composite Materials versterkt met Grafeen Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

Een fabricage- en meetmethode voor een flexibele ferroelektrische Element op basis van Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

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

Magneet bijgestaan samengestelde productie: Een flexibele nieuwe techniek voor het bereiken van hoge consolidatie druk in vacuüm zak/Lay-opwaarts processen

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

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

Werking van het collaborative Composite Manufacturing (CCM) systeem

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of ...

Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate

Fabricage van Surface Acoustic Wave-apparaten op lithium niobate

Manipulation of fluids and particles by acoustic actuation at small scale is aiding the rapid growth of lab-on-a-chip applications. Megahertz-order ...

Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment

Oplossing Blow Spinning van polymere nanocomposietvezels voor persoonlijke beschermingsmiddelen

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic ...

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes for Capacitive Pressure Sensing

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing (Video) | JoVE 

Microfluïdische kanaalgebaseerde zachte elektroden en hun toepassing in capacitieve drukdetectie

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...