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

Denna forskning stöddes av de klimat förändring forskning Hub för KAIST (bevilja No. N11160012), ledande utländska forskning Institutet rekrytering programmet genom National Research Foundation Koreas finansieras av ministeriet för vetenskap, IKT och framtiden Planeringsbidrag (nr 2011-0030065), ledande mänsklig resurs träningsprogrammet i Regionala Neo industrin genom de nationella forskning stiftelsen av Korea (NRF) finansieras av ministeriet för vetenskap, IKT och framtida planering (bevilja nr. NRF-2016H1D5A1910603). Deras stöd är mycket uppskattat.

1. material förberedelse <ol><li>beredning av kompositmaterialet Obs: försiktighet, vänligen konsultera alla relevanta säkerhetsdatablad (MSDS) före användning. Flera av de kemikalier som används i dessa metoder kan vara giftiga och cancerframkallande. Nanomaterial kan ha ytterligare risker jämfört med deras bulk motsvarigheter. Använd alla lämpliga säkerhetsrutiner när du utför ett experiment, inklusive användning av tekniska kontrollåtgärder (spiskåpa, handskfacket) och perso...

<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>

Mjuka lager metoden ger betydande fördelar jämfört med konventionella metoder, och med en lägre tillverkningskostnad. Alla tre typer av kompositer som tillverkas av mjuk lager metoden visar unika egenskaper när det gäller den elektriska egenskaper, mekaniska egenskaper, gas permeabilitet och vidhäftning.
För mätning av elektriska boendet användes en fyra-peka sonden metod. ASR mättes 5 gånger och medelvärdet togs som ett representativt värde för det bipolära pläterar. Sammanla...

Den bipolära plattan är en multifunktionell nyckelkomponent i konvertering energisystem och energilagringssystem som bränsleceller och batterier. De viktigaste funktionella kraven på bipolära plattan är följande: hög elektrisk ledningsförmåga i genom-tjocklek riktning att minska ohmsk-förlust, höga mekaniska egenskaper för att motstå hög komprimering trycket och yttre påverkan, och hög produktivitet för massproduktion.
Jämfört med grafit och metaller som antogs konventionellt som material för bipolära plattan, har kolfiber/epoxi kompositer en högre specifik styrka och styvhet, vilket indikerar att vikten av systemet kan minskas kraftigt genom ersätta de konventionella bipolär plattmaterial med kompositer1. Konventionella kolfiber/epoxi kompositer har dock dålig elektrisk ledningsförmåga i genom-tjocklek riktning, vilket resulterar i ett stort areala specifika motstånd (ASR), på grund av hartsa-rikt skiktet som bildas på sammansatta ytan. Det isolerande hartsa-rikt lagret förhindrar direktkontakt mellan ledande kolfibrer och intilliggande komponenter, till exempel en annan bipolär tallrik, gas diffusion layer (GDL), och kol kände elektrod (CFE).
Många studier har utförts för att lösa hög ASR på grund av lagrets hartsa-rikt. Den första metoden var ytbehandling metoder att selektivt avlägsna hartsa-rikt lagret. Exempelvis var mekanisk nötning försökte få bort kådan på surface2. Dock skadades också av kolfibrer, vilket resulterade i en dålig ASR. Plasma behandling3,4 och mikrovågsugn behandling metoder5,6 utvecklades också för att undvika fiber skador, men de resulterat i låga produktivitet och enhetlighet. Det andra synsättet, ledande skikt beläggning metoder, inkluderar expanderad grafit beläggning7,8. Denna metod framgångsrikt minskat ASR och har betraktats som en standardmetod att tillverka en sammansatt bipolära plattan. Men det är dyrt och har hållbarhet och delaminering problem på grund av låg mekanisk hållfasthet.
I denna studie demonstreras ”mjuka lager metoden”, en roman som tillverkning metod som kan avslöja kolfibrer på sammansatta bipolära plattan ytan. Det huvudsakliga syftet med denna metod är att få en låg ASR med en låg tillverkningskostnad. Den mjuka lager metoden antar mjukt tunt såsom en polymer släppfilm mellan komprimering mögel och bipolära plattan. Efter härdning i komprimering mögel och demontering av det mjuka lagret, visar fabricerade bipolära plattan kolfibrer utsatta på ytan utan någon efter ytbehandling. Denna metod inte bara minskade ASR men också avsevärt ökade mekaniska egenskaper och löst gas permeabilitet frågan. Denna metod kan tillämpas för många andra ändamål: utvecklingen av ett elektriskt ledande plattan, framställning av en tunn komposit, och tillverkning av klister gemensamma utan ytbehandling.

<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

Den bipolära plattan är en nyckelkomponent i proton exchange membran bränsleceller (PEMFCs) och vanadin redox flöde batterier (VRFBs). Det är en multifunktionell komponent som bör ha hög elektrisk ledningsförmåga, höga mekaniska egenskaper och hög produktivitet.
I detta sammanhang kan en kolfiber/epoxi harts komposit vara ett idealiskt material att ersätta konventionella grafit bipolära plattan, vilket ofta leder till katastrofala misslyckande hela systemet på grund av dess inneboende sprödhet. Även kol/epoxi sammansatt har höga mekaniska egenskaper och är lätt att tillverka, är den elektriska ledningsförmågan i genom-tjocklek riktning fattiga på grund av hartsa-rikt skiktet som bildas på dess yta. Därför antogs en expanderad grafit beläggning på elektrisk ledningsförmåga problemet. Expanderad grafit beläggningen inte bara ökar fabriks-kostar men har också dåliga mekaniska egenskaper.
I denna studie demonstreras en metod att exponera fibrer på sammansatta ytan. Det finns för närvarande många metoder som kan exponera fibrer av ytbehandling efter tillverkning av komposit. Denna nya metod, dock kräver inte ytbehandling eftersom fibrerna utsätts under tillverkningen av sammansatt. Genom att exponera bare kolfibrer på ytan, är den elektriska ledningsförmåga och mekanisk styrka av sammansatt ökat drastiskt.

Fabricerade exemplaren observeras med hjälp av scanning electron microscopy (SEM) (figur 1). Eftersom det hartsa-rik lager som täcker toppen av fibrerna är bara några mikrometer tjock, är en optisk mikroskopisk bild observerades vid toppen av preparatet inte lämpligt. En SEM-bild observeras genom att luta exemplaret av 5° ger en mer representativ bild. Jämfört med de kompositer som tillverkas genom konventionell komprimering molding, som har sin yta ...

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

Ett protokoll att exponera bare fibrer på sammansatta ytan genom att eliminera harts rika område presenteras. Fibrerna utsätts under tillverkning av kompositer, inte genom inlägg ytbehandling. De exponerade kolfiber kompositer uppvisar hög elektrisk ledningsförmåga i genom-tjocklek riktning och höga mekaniska egenskaper.

Experimentell genomförandet av en ny komposit Fabrication metod: utsätta Bare fibrer på sammansatta ytan av metoden mjuka lager

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

Tillverkning och karakterisering av oordnade Polymer optiska fibrer för Tvärgående Anderson Lokalisering av ljus

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

Emission Spektroskopiska Boundary Layer Undersökning under ablativ Material Testing Plasma

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

Testning av nanopartiklar Release från en komposit innehållande Nanomaterial med hjälp av en kammarsystem

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

Stam Sensing Baserat på Multiscale Composite Materials förstärkt med Graphene 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

En fabrikation och mätmetod för en flexibel ferroelektrisk Element baserat på 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

Magnet assisterad sammansatta tillverkning: En flexibel ny teknik för att uppnå hög konsolidering trycket i vakuum påse/lay-off upp 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 ...

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

Drift av systemet för kollaborativt sammansatt tillverknings system (CCM)

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

Tillverkning av Surface Acoustic Wave-enheter på Litium 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

Lösningsblåsspinning av polymera nanokompositfibrer för personlig skyddsutrustning

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 

Mikrofluidiska kanalbaserade mjuka elektroder och deras tillämpning i kapacitiv tryckavkänning

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