Wicking Tests pour unidirectionnels Tissus: Mesures de Capillaire paramètres pour évaluer la pression capillaire dans les processus Liquid Composite Molding
Summary
Une méthode expérimentale pour mesurer les paramètres géométriques et l'avancée des angles de contact apparents décrivant capillaire mèche en synthétique unidirectionnel et tissus naturels est proposé. Ces paramètres sont obligatoires pour la détermination des pressions capillaires qui doivent être prises en compte pour moulage composite liquide (LCM) applications.
Abstract
Pendant l'imprégnation d'un renfort fibreux en liquide processus de moulage composite (LCM), les effets capillaires doivent être comprises afin d'identifier leur influence sur la formation de vides dans des pièces composites. Dans un milieu à effet de mèche fibreuse décrite par l'équation de Washburn a été considéré comme étant équivalent à un écoulement sous l'effet de la pression capillaire en fonction de la loi de Darcy. Des essais expérimentaux pour la caractérisation de l'effet de mèche ont été réalisées à la fois avec du carbone et du lin renfort fibreux. Tissus quasi-unidirectionnelles ont ensuite été testés au moyen d'un tensiomètre pour déterminer les paramètres morphologiques et de mouillage le long de la direction des fibres. La procédure a été révélée prometteuse lorsque la morphologie du tissu est inchangé au cours de l'effet de mèche capillaire. Dans le cas des tissus en carbone, la pression capillaire peut être calculée. Les fibres de lin sont sensibles à l'humidité sorption et de la houle dans l'eau. Ce phénomène doit être pris en compte pour évaluer les paramètres de mouillage. jeAfin de rendre les fibres moins sensibles à l'absorption d'eau n, un traitement thermique a été effectué sur les renforts de lin. Ce traitement améliore la stabilité morphologique des fibres et empêche le gonflement dans l'eau. Il a été montré que les tissus traités ont une tendance linéaire à effet de mèche semblables à ceux trouvés dans les tissus de carbone, ce qui permet de déterminer la pression capillaire.
Introduction
Lors de l'imprégnation des renforts fibreux dans le liquide des procédés de moulage composite (LSM), le flux de résine est entraîné par un gradient de pression. les effets capillaires ont un effet supplémentaire qui peut entrer en compétition avec le gradient de pression, en fonction des paramètres du procédé. Leur influence sur le processus doit donc être évalué 1, 2. Ceci peut être effectué en définissant une pression capillaire apparente, P capuchon, en modifiant le gradient de pression initiale 3. Ce paramètre peut être ultérieurement inséré dans les modèles numériques afin de simuler les écoulements lors de processus et de prédire avec précision la formation de vides 4.
L'imprégnation spontanée d'un tissu par un liquide (effet de mèche) peut être décrite par l'équation de Washburn 5. A l'origine, l'équation de Washburn a décrit la montée capillaire d'un liquide dans un tube. Cette équation was ensuite étendus pour les structures poreuses, comme des renforts fibreux, qui peut être approchée à un réseau de tubes capillaires. Compte tenu d' un porte-échantillon cylindrique avec un rayon, R, rempli d'un milieu poreux, l'équation de Washburn a été modifiée sous la forme de gain de masse au carré (m² (t)) au fil du temps, comme suit 6:
(1)
où c est un paramètre qui rend compte de la tortuosité, r est le rayon moyen des pores, et ε = 1-V f est la porosité (V f étant le rapport du volume de la fibre). Tous les paramètres dans les crochets concernent la morphologie et la configuration du milieu poreux, et ils peuvent être regroupés en une constante, C, dénommé «facteur géométrique milieu poreux". Les autres paramètres expriment lala dépendance de l' effet de mèche sur les interactions entre le milieu et le liquide (par ρ, η et γ L, qui sont, respectivement, la densité, la viscosité et la tension superficielle du liquide, et par θ a, un avancement angle de contact apparent).
En parallèle, l'écoulement à travers un milieu poreux est généralement modélisé par la loi de Darcy bien connue 7, qui concerne une vitesse de fluide équivalent, Vd, à la chute de pression à travers la perméabilité du milieu, K et la viscosité du liquide, η . Cette équation permet également l'expression du gain de masse sur une racine carrée du temps et donc à l'examen de l'équivalence entre les deux équations. A partir de cette équivalence entre l'équation de Washburn et la loi de Darcy, la pression capillaire a ensuite été défini comme suit 8:
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(2) Ici, l'objectif principal est de décrire la procédure expérimentale pour mesurer les facteurs géométriques et les angles d'avance apparents de contact des tissus unidirectionnels, dans le but de déterminer la pression capillaire. Cette méthode repose sur l'utilisation d'un tensiomètre pour effectuer des tests à effet de mèche (figure 1). Un tensiomètre est une microbalance avec une résolution de 10 pg de mesure de la masse de liquide formant un ménisque, soit autour d'un solide ou d'un milieu fibreux ascendant. Les tests ont été effectués wicking considérant une caractérisation unidimensionnelle (direction le long des fibres) , 8, 9. Tissus quasi-unidirectionnelles utilisées pour valider la procédure sont unidirectionnelles (UD) de tissus de carbone à une f V = 40%. Une fois que la méthode a été validée, des tissus de lin ont été soumises à un traitement thermique tChapeau modifie le comportement de mouillage des fibres 6, et des tests ont été effectués à effet de mèche avec différents rapports en volume de fibres (de 30% à 40%) pour les deux tissus de lin non traitées et traitées. Pour déterminer les paramètres morphologiques et de mouillage, au moins deux tests d' effet de mèche sont obligatoires: le premier avec un liquide totalement mouillante, comme le n-hexane, afin de déterminer C (équation 1), et le second avec le liquide d'intérêt, afin de déterminer l'angle d' avancée apparente de contact une fois C est connu. Dans la première approche, l'eau a été utilisée pour évaluer la procédure.
Cette méthode peut être appliquée à différents tissus et liquides, permettant l'évaluation de l'influence de la géométrie du matériau (morphologie des tissus), de porosité (différents rapports en volume de fibres), et la viscosité et la tension de surface du liquide sur le phénomène capillaire d'imprégnation. Il est évident que le procédé selon la théorie de Washburn (équation 1) peut être adoptée que si cu évacuantrves (m² (t)) enregistrée par le tensiomètre ont une tendance linéaire. Cela signifie que les paramètres de l'équation 1 doit rester constante pendant le processus de pénétration capillaire entier. Si cela est le cas, comme des renforts de lin dans l' eau, parce que les fibres subissent un gonflement 10, 11, l'équation Washburn doit être modifié pour inclure l'effet de gonflement dans le but de décrire les essais correctement 9. Les tissus traités se sont révélés être moins sensible à la sorption d'eau 9. Les facteurs géométriques et des paramètres de mouillage peuvent être mesurées à partir des crises linéaires, ce qui permet le calcul de la pression capillaire, P bouchon.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les étapes critiques du protocole se rapportent à la préparation des échantillons. Tout d'abord, le laminé échantillonné doivent être serrés afin de faire l'hypothèse d'un rapport en volume de fibre homogène. S'il existe un gradient d'étanchéité dans l'échantillon, l'équation Washburn 5, 6 ne peut pas être utilisé pour ajuster les courbes d' effet de mèche. En outre, les conditions aux limites entre le tissu et …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Carbon UD fabrics | Hexcel | 48580 | |
| Flax UD fabrics | Libeco | FLAXDRY UD 180 | |
| n-Hexane | Sigma Aldrich | ||
| Sulfochromic acid | home made | toxic and corrosive | |
| Filter paper | Dataphysic | FP11 | |
| Tensiometer | Dataphysic | DCAT11 |
Referencias
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