Name: magnet assisted composite manufacturing: a flexible new technique for achieving high consolidation pressure in vacuum bag/lay-up processes
Uploaded: 2018-05-17T13:00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes at JoVE.com

Авторы благодарят AME машины магазин в университете штата Оклахома для помогая сделать плесень и изготовление set-up и члены научно-исследовательской лаборатории-композитного производства, Drs. Юсеф K. Хамиди, м. Akif (Hasan Yalcinkaya) и Джейкоб Андерсон для полезной обсуждения.

Авторы не имеют каких-либо раскрытия.

Применение высоких консолидации давления во время лечения композитного ламината особенно важна для изготовления высококачественных композитных часть47. Если внешнее давление не применяется, и ламинат лечится только под вакуумом, заключительная часть, как правило, содержат высокое содержание недействительным, возможно более 5% по объему и нежелательным смолы богатые регионы48. Высокое содержание недействительным, объёмная низким волокна и смолы богатые районы являются факторами, отрицательно сказывается на механические свойства композиционных ламината. В этой работе экспериментальный протокол для применения высоких консолидации давление во время лечения ламината в процессе вакуумный мешок мокрого формования является описано29. Во-первых, в этой технике, формования композитных готовится на магнитный инструмент днище согласно обычным мокрого формования процесс вакуумного мешка. Затем набор постоянных магнитов, придают магнитные Топ стальной пластине, помещается на плёнку вакуумного мешка. В этом исследовании магниты применяются при повышении температуры формования до 60 ° C, где значительно уменьшается вязкость смолы. Применяя давление в другое время, например точки гелеобразования, может доходность ламинаты с различными свойствами13,40,49. Уровень прикладных магнитного давления зависит от разрыва между магнитов и магнитных днище. Таким образом мы представляем процедура измерения магнитное давление, создаваемое магнит как функция разрыва (т.е., толщина укладки).
Для определения эффективности MACM, мокрая укладки ламината вакуумного мешка с различных материальных составляющих изготавливаются с использованием шести сценариев с и без давления магнитные уплотнения. Затем мы демонстрируем подробные шаги для характеризации void и волокна объем фракций, микроструктуры и композитного ламината изгиба свойств. Оценить объем фракций композитных составляющих, смола burn off и подвеска методы, используемые42. Представленные результаты показывают, что использование магнитные уплотнения давление значительно увеличивает объёмная волокна и уменьшается содержание недействительным частей. Кроме того для микроструктурных анализа композита, сканирование изображений электронная микроскопия (SEM) используется и дает представление о месте и геометрических особенностей пустот15. Например Рисунок 3 показывает, что использование магнитных давления во время лечения является также полезным в уменьшении размер и количество пустот и следовательно уменьшается вероятность преждевременного отказа20,24. Следовательно эти факторы значительно улучшить при изгибе свойства ламината. Однако эффективность MACM отличается, в зависимости от типа композитных составляющих (волокна и смолы).
Хотя изготовления ламината с этот метод прост, будьте внимательны во время договоренности и размещения постоянных магнитов как они создают очень высокого давления (т.е. максимальное давление 0,64 МПа). Ограничение этого метода, что инструмент днище должно быть магнитные, например из нержавеющей стали серии 400, и она должна быть исправлена против движения до размещения магнитов, потому что силы магнитного притяжения может двигаться и сместить пластину вверх. Кроме того приложенное давление магниты зависит от толщины покрытия. К примеру, NdFeB, N52-2,54 × 2,54 × 1,27 см3 постоянные магниты не способны генерировать высокий консолидации давления (> 0,1 МПа) когда формования композитных толщина превышает 6,5 мм. В этом случае более сильные магниты должны быть использованы для достижения высокой консолидации уровней.
Представленным методом удобно использовать и имеет преимущество над автоклавов в том, что она не требует дорогостоящего оборудования и инструмента. Хотя здесь не выяснены, этот метод широко применяется не только для мокрого формования вакуумного мешка, но и для других производственных процессов для композитов, например из автоклавного твердения препрегов и вакуумным усилителем смолы передачи литье (VARTM). Кроме того большие составные компоненты могут быть изготовлены с относительной легкостью, двигая магниты вдоль вакуумного мешка если подходящих смазки используется между магнитами и вакуумного мешка. Кроме того, в меру наших знаний это единственный метод, который позволяет применение местных, а также неравномерное давление на композитный формования. Будущее направление этого метода является производство геометрически сложные составные части, но вместо того чтобы помещать магниты на плоской тарелке, они могут быть размещены на совпадающей, верхние формы.

Армированный полимерных композитов широко используются в автомобильной1,2, аэрокосмических3,4, морской5,6и строительство7,8 отраслей промышленности из-за их уникальные свойства, такие как высокая удельная прочность и модуль, поведение благоприятные усталость и коррозионной стойкости. В настоящее время, высокого качества композитного ламината преимущественно изготавливаются с использованием слоев предварительно пропитанной ткани (препрег) вылечить в автоклаве при повышенной температуре и высокой консолидации давлении 0,27-0,69 МПа (40-100 psi)9. Несколько ниже качества композиционных Ламинаты производятся процессом мокрого формования, где не применяется более высокое давление консолидации. Этот процесс трудоемкий, не требует дорогостоящего оборудования и выполняется, поместив один слой сухой ткани на плесень и впоследствии применения смолы. В большинстве приложений ручные ролика используется для заставить смолы в волокна подкрепления и выжать из избытков смолы. Эта последовательность повторяется до получения нужной толщины. Может быть значительно улучшено качество ламината, производимые мокрого формования, применяя сочетание вакуума (так называемый процесс вакуумного мешка мокрого формования) и дополнительного укрепления давление в автоклаве во время лечения. Применение высоких консолидации давления во время лечения облегчает потока смолы, привело к увеличению в волокна объёмная и удаление пустот10,11 , что приводит к повышению механических свойств. Авраам и др. 12 показали, что высокое качество полотняного переплетения Е-стекла композитного ламината с высоким содержанием волокна объёмная приблизительно 64% и низкой недействительным объёмная 1,6% могут быть изготовлены с использованием мокрого формования вакуумного мешка при консолидации давлением 1,2 МПа применяется в автоклаве.
Пустоты являются одним из наиболее распространенных дефектов, которые образуются в процессе производства композитного ламината. Пустоты, начиная от нескольких микрон до нескольких сотен микрон формируются главным образом за счет зависшие воздуха во время укладки, распущен влаги в смоле и изгнали летучих веществ во время лечения13,14,15. Кроме того динамика пропитки волокнистых арматуры установлено, что значительное влияние на значение void захвата16,17. Широко признается, что наличие пустот в композитной может привести к существенному сокращению сила13,18,19, модуль20,21, перелом прочность22и усталость жизни23,24 ламинаты. К примеру, Джадд и Райт25 обнаружил, что каждый 1% увеличения в содержании аннулированы результаты (до 4%), в приблизительно 7% падение в свойствах сдвига короткие луча. Кроме того Ghiorse26 обнаружили, что, в композитах углерода/эпоксидная, для каждого 1% увеличения силы содержания, 10% сокращение межслойную сдвига и прочность на изгиб и 5% снижение упругости может рассматриваться. Кроме того пустот оказать неблагоприятное воздействие на трещин и распространения, а также поглощение влаги27,28. Это хорошо известно, что скорость поглощения влаги для ламината с более высокой юридической силы содержимое больше, и впитывается влага может вызвать ухудшение интерфейса волоконно матрица и уступает долгосрочный механических свойств29, 30,,31-32. Таким образом чтобы обеспечить согласованность механических свойств и достижения наивысшего качества композитных изделий, недействительным содержание должны быть минимизированы.
Хотя лечить композитного ламината в автоклаве производит надежные, высококачественные детали, продукт издержки будут высоки из-за первоначальных капитальных инвестиций и использования энергии. Помимо автоклав cure, самые разнообразные методы, такие как передача вакуумным усилителем смолы, литье (VARTM) и квикстеп процесса были разработаны и используются для изготовления композитного ламината из автоклава32,33, 34 , 35 , 36. Однако, из-за отсутствия единообразного, высокое давление, ламинаты, производимых этими методами часто имеют ниже механических свойств по сравнению с теми в автоклавах37. Недавно Роман метод, именуемый как магнит помощь композитного производства (MACM) были использованы для улучшения качества мокрого формования вакуумного мешка композитного ламината, применяя консолидации давление, создаваемое набор высокой мощности постоянного магниты38,39. Применение этой техники был затем продлен до производства высокого качества, структурные композитного ламината из автоклава с помощью высокой температуры постоянные магниты40.
В этом документе представлен протокол для производства мокрого формования композитных ламинаты вакуумного мешка с помощью метода MACM. В MACM чтобы применить достаточно высокой консолидации давление во время лечения и таким образом, улучшить качество ламината используются постоянных магнитов неодим-железо-бор. Во-первых описана подготовка 6-слойная, полотняного переплетения Е-стекло/эпоксидная композитный укладки на дно стальной пластине. Затем расположение постоянных магнитов в чередующихся полярности на плиту стальной продемонстрировал, наряду с его размещение на вакуумный мешок давление консолидации на композитный формования. Наконец мы наметим шаги для измерения магнитных уплотнения давление, а также методы, используемые для характеристики void и волокна объем фракций, микроструктуры и механических свойств композитного ламината. Эффективность процесса MACM рассматривается изготовления ламината вакуумный мешок мокрого формования сделал под магнитное давление и сравнивая их свойства для тех, кто сфабрикованы обычных мокрого формования вакуумного мешка без магнитов. Полученные результаты доказывают возможности метода MACM для повышения качества в целом ламината. Этот метод является дешевой и простой способ изготовления ламината высокого качества и может применяться для изготовления крупных и геометрически сложных составных компонентов с относительной легкостью.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Plain weave glass fiber</td>
			<td>Hexcel</td>
			<td>HexForce 3733</td>
			<td>The type of fibers can be substituted with any type of fabrics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Randomly oriented chopped strand glass fiber</td>
			<td>Fiberglast</td>
			<td>248</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TenCate EX-1522/IM7</td>
			<td>Tencate</td>
			<td></td>
			<td>it is a plain weave carbon/epoxy prepreg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PRO-SET INF-114 Infusion Epoxy</td>
			<td>Composite Envisions</td>
			<td>1758</td>
			<td>The type of resin can be substituted with any type of resin suitable for wet lay-up vacuum bag process</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PRO-SET INF-211 Medium Infusion Hardener</td>
			<td>Composite Envisions</td>
			<td>1760</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPON 862</td>
			<td>Hexion Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPIKURE Curing Agent 3300</td>
			<td>Hexion Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NdFeB, N52-2.54 &#215; 2.54 &#215; 1.27 cm3</td>
			<td>K&#38;J Magnetics, Inc.</td>
			<td>BX0X08-N52</td>
			<td>Magnets can be substitued with any type depending on the required pressure and application</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OLFA rotary cutter</td>
			<td>Fibre Glast</td>
			<td>1706-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tacky tape</td>
			<td>De-Comp Composites</td>
			<td>D413Y</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyester tape</td>
			<td>De-Comp Composites</td>
			<td>D574A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Squeegees</td>
			<td>Fibre Glast</td>
			<td>62-A</td>
			<td>Any type of squeegees can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Roller</td>
			<td>De-Comp Composites</td>
			<td>D205</td>
			<td>Any type of rollers can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE-Coated&#160;fiberglass fabric sheets</td>
			<td>McMaster-Carr Supply Company</td>
			<td>8577K81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE release agent dry lubricant</td>
			<td>Miller-Stephenson</td>
			<td>MS122AD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perforated release film</td>
			<td>Fibre Glast</td>
			<td>1787-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Breather cloth</td>
			<td>De-Comp Composites</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum&#160;bag&#160;film</td>
			<td>Rock West Composite</td>
			<td>WRIGHTLON 7400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum twist lock vacuum valve</td>
			<td>De-Comp Composites</td>
			<td>D401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Best Value Vacs</td>
			<td>BVVRS1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flexible silicone-rubber heat sheets, adhesive backing</td>
			<td>McMaster-Carr Supply Company</td>
			<td>35765K429</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>400-series steel plate, 6.35 mm-thick</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>The lay-up is prepared on this plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>steel plate, 4.76 mm-thick</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>The magnets are attached to this plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum sheet, 0.3-mm thick</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lab stirrer mixer</td>
			<td>Caframo</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory weigh scale</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AccuPyc II 1340 automatic gas pycnometer</td>
			<td>Micromeritics Instrument Corporation</td>
			<td>134/00000/00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Specific gravity cup, 83.2 mL</td>
			<td>Gardco</td>
			<td>EW-38000-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic cold mounting resin</td>
			<td>Struers</td>
			<td>LevoCit</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grinder/polisher</td>
			<td>Struers</td>
			<td>LaboSystem</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcelain crucibles, 30 mL</td>
			<td>United Scientific Supplies</td>
			<td>JCT030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Cups, 12 Oz, clear</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>It is used as epoxy mixing cups</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnet assisted composite manufacturing: a flexible new technique for achieving high consolidation pressure in vacuum bag/lay-up processes

Эта работа свидетельствует протокол для улучшения качества композитного ламината, сфабрикованы мокрого формования вакуумного мешка процессов с использованием недавно разработанных магнит помощь Композитные технологии (MACM). В этой технике постоянные магниты используются применять достаточно высокой консолидации давление во время этапа лечения. Чтобы повысить интенсивность магнитного поля, и таким образом, чтобы увеличить давление на магнитные уплотнения, магниты размещены на магнитный верхней пластины. Во-первых вся процедура подготовки составного укладки на дне магнитную стальные пластины с помощью обычных мокрого формования вакуумного мешка процесс описан. Во-вторых это показано размещение набора постоянных магнитов неодим-железо-бор, организовал в переменном полярности, на плёнку вакуумного мешка. Далее представлены экспериментальные методы для измерения магнитных уплотнения давление и объем фракций композитных составляющих. Наконец подробно обсуждаются методы, используемые для характеристики микроструктуры и механических свойств композитного ламината. Результаты доказывают эффективность метода MACM в улучшении качества мокрого формования вакуумного мешка ламината. Этот метод не требует больших капиталовложений для инструмента или оборудования и может также использоваться для консолидации геометрически сложные составные части, поместив магниты на соответствующий Топ плесень на плёнку вакуумного мешка.

Watch this Scientific Journal Video about Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes at JoVE.com

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

Описан новый метод для консолидации давления на центрового вакуумного мешка для изготовления композитного ламината. Цель настоящего Протокола заключается в разработке простых и экономически эффективных способ улучшить качество ламината изготовленный методом вакуумного мешка мокрого формования.

Магнит помощь композитного производства: Гибкая новую технику для достижения высокой консолидации давление в вакуумной мешок/Lay-до процессов

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

Синтез и микродифракции при экстремальных давлениях и температурах

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

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

Пламя Эксперименты на Advanced Источник света: новое понимание сажеобразования процессов

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

Адсорбция устройство, основанное на лангатата Кристалл микровесов для высоких температур газа высокого давления адсорбции в цеолите H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

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

Изучение динамических процессов наноразмерных объектов в жидкости с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа

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

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

Влагоотведение тесты для однонаправленных материалов: Измерения капиллярных параметров для оценки капиллярного давления в жидких Композитный процессов формования

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

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

Экспериментальное осуществление нового метода составных изготовление: обнажая голые волокна на поверхности композитного методом мягкого слоя

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 ...

An Available Technique for Preparation of New Cast MnCuNiFeZnAl Alloy with Superior Damping Capacity and High Service Temperature

Имеющаяся технология для подготовки новых MnCuNiFeZnAl сплава с превосходной демпферные емкости и высокой температуры

Manganese (Mn)-copper (Cu)-based alloys have been found to have&#160;damping capacity and can be used to reduce harmful vibrations and noise effectively. ...

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

Процедуры резки, тензильное тестирование и старение гибких однонаправленных композитных ламинатов

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

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

Эксплуатация системы совместного композитного производства (CCM)

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

Using Flexible Gold-Titanium Reaction Cells to Simulate Pressure-Dependent Microbial Activity in the Context of Subsurface Biomining

Использование гибких золото-титановых реакционных клеток для имитации давления-зависимой микробной активности в контексте подповерхностного биомину

Laboratory studies investigating subsurface microbial processes, such as metal leaching in deep ore deposits (biomining), share common and challenging ...