Wicking testes para unidirecionais Tecidos: Medidas de capilar parâmetros para avaliar a pressão capilar em Processos Líquido Composite Moldagem

Summary

Um método experimental para medir parâmetros geométricos ea aparente avanço ângulos de contato descrevendo capilar wicking em sintética unidirecional e tecidos naturais é proposto. Estes parâmetros são obrigatórios para a determinação das pressões capilares que devem ser levados em conta para aplicações de moldagem compósito líquido (LCM).

Abstract

Durante a impregnação de um reforço fibroso, em processos de moldagem compósito líquido (LCM), efeitos capilares têm que ser entendida de modo a identificar a sua influência na formação de vazios nas peças de compósitos. Wicking num meio fibroso descrito pela equação Washburn foi considerada equivalente a um fluxo sob o efeito da pressão capilar de acordo com a lei de Darcy. Testes experimentais para a caracterização de que a absorção foram realizadas tanto com reforço de fibra de carbono e de linho. Quasi-tecidos unidireccionais, em seguida, foram testados por meio de um tensiómetro para determinar os parâmetros morfológicos e molhantes ao longo da direcção das fibras. O processo mostrou-se promissor quando a morfologia do tecido mantém-se inalterado durante o que a absorção capilar. No caso de tecidos de carbono, a pressão capilar pode ser calculada. fibras de linho são sensíveis à absorção de umidade e inchar em água. Este fenómeno tem de ser tomada em conta para avaliar os parâmetros de molhagem. EuN fim de fazer fibras menos sensível à absorção de água, a um tratamento térmico foi realizado em reforços de linho. Este tratamento melhora a estabilidade morfológica fibra e previne a inflamação em água. Foi demonstrado que tecidos tratados têm uma tendência linear wicking semelhantes aos encontrados em tecidos de carbono, o que permite a determinação da pressão capilar.

Introduction

Durante a impregnação de reforços fibrosos em processos de moldagem compósito líquidos (LSM), o fluxo da resina é accionado por um gradiente de pressão. efeitos de capilaridade têm um efeito adicional que pode competir com o gradiente de pressão, dependendo dos parâmetros do processo. A sua influência sobre o processo tem por isso de ser avaliada ^{1, 2.} Isto pode ser feito definindo uma pressão capilar aparente, _tampão P, a modificação do gradiente de pressão inicial de ^3. Este parâmetro pode ser subsequentemente inserido modelos numéricos, a fim de simular os fluxos durante os processos e para prever com precisão a formação de vazios ^4.

A impregnação espontânea de um tecido por um líquido (wicking) pode ser descrito pela equação Washburn ^5. Originalmente, a equação Washburn descrito a subida capilar de um líquido num tubo. Esta equação was, em seguida, estendida para estruturas porosas, tais como reforços fibrosos, que pode ser aproximada a uma rede de tubo capilar. Considerando-se um suporte de amostras cilíndricas com um raio r, cheio com um meio poroso, a equação Washburn foi modificado sob a forma de ganho de massa quadrado (m² (t)) ao longo do tempo, como se segue ^6:

(1)

em que c é um parâmetro que representa a tortuosidade, R é o raio de poro médio, e ε = 1 _V-f é a porosidade (V _f sendo a proporção em volume da fibra). Todos os parâmetros nos colchetes referem-se à morfologia e configuração do meio poroso, e eles podem ser consolidados em uma constante, C, referido como o "fator meio poroso geométrica." Os outros parâmetros de expressar odependência da absorção sobre as interações entre o meio eo líquido (através ρ, η e γ _L, que são, respectivamente, a densidade, viscosidade e tensão de superfície do líquido, e por meio θ _um, um ângulo de contacto de avanço aparente).

Em paralelo, o fluxo através de um meio poroso é geralmente modelada com a conhecida lei de Darcy ^7, que refere uma velocidade de fluido equivalente, v _D, para a queda de pressão através da permeabilidade do meio, K, e a viscosidade do líquido, η . Esta equação permite também a expressão do ganho de massa sobre uma raiz quadrada do tempo e, portanto, para a consideração da equivalência entre as duas equações. Deste equivalência entre a equação de Washburn e a lei de Darcy, a pressão capilar foi então definida como segue ^8:

<p class="jove_content"> (2)

Aqui, o foco principal é descrever o procedimento experimental para medir os fatores geométricos e as aparentes avançando ângulos de contato para tecidos unidirecionais, com o objectivo de determinar a pressão capilar. Este método baseia-se na utilização de um tensiómetro de realizar testes de wicking (Figura 1). Um tensiómetro é uma microbalança com uma resolução de 10 ug, que mede a massa líquida, quer formando um menisco em torno de um sólido ou de um meio fibroso ascendente. Wicking testes foram realizados considerando uma caracterização unidimensional (direcção ao longo das fibras) ^{8, 9.} Quasi-tecidos unidireccionais utilizados para validar o processo (UD) foram tecidos de carbono uni-direccional em um V _f = 40%. Uma vez que o método foi validado, linho tecidos foram submetidos a um tratamento térmico tchapéu modifica o comportamento de humedecimento de fibras ^6, e os testes foram realizados de capilaridade com diferentes proporções de volume de fibra (de 30% a 40%) para ambos os tecidos de linho não tratados e tratados. Para determinar os parâmetros morfológicos e molhantes, pelo menos dois testes de capilaridade são obrigatórios: o primeiro com um líquido totalmente-humedecimento, tal como n-hexano, para determinar C (Equação 1), e o segundo com o líquido de interesse, para determinar o ângulo de contacto de avanço aparente quando C é conhecida. Na primeira abordagem, a água foi utilizada para avaliar o procedimento.

Este método pode ser aplicado para diferentes tecidos e líquidos, permitindo a avaliação da influência da geometria do material de (a morfologia dos tecidos), porosidade (diferentes proporções de volume de fibra), e a viscosidade e a tensão superficial do líquido sobre os fenómenos de impregnação capilar. É óbvio que o procedimento de acordo com a teoria de Washburn (Equação 1) pode ser adoptado, apenas se wicking Curves (m² (t)) registrado pelo tensiômetro tem uma tendência linear. Isto significa que os parâmetros na Equação 1 deve permanecer constante durante todo o processo de capilaridade. Se este não for o caso, como reforços de linho em água, porque as fibras passam por inchaço ^{10, 11,} a equação Washburn deve ser modificado para incluir o efeito de inchaço, a fim de descrever os testes adequadamente ^9. Tecidos tratados foram encontrados para ser menos sensíveis à absorção de água ^9. Factores geométricos e parâmetros de molhagem pode ser medido a partir de ajustes lineares, permitindo o cálculo da pressão capilar, _{tampão P.}

Protocol

Atenção: Consulte todas as folhas de dados de segurança pertinentes. Os produtos químicos utilizados para os testes são tóxicos e cancerígenos. Use equipamento de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calças compridas e sapatos fechados). 1. Instalação para testes Preparação de amostras Corte as tiras de tecido ao longo da direcção perpendicular às fibras (a fim de testar em torcida na direcção da fibra). NOT…

Representative Results

As curvas de ganho de massa durante wicking obtido com um tensiómetro de carbono e tecidos de linho tratados e não tratados são mostrados nas Figuras 2 e 3. Todas as curvas são mostrados após a subtracção dos dois pesos do menisco externos devido ao suporte da amostra e o filtro de papel e são deslocados para zero. É possível observar a partir dos gráficos da Figura 2</stron…

Discussion

Os passos críticos no protocolo dizem respeito à preparação das amostras. Em primeiro lugar, a laminados de amostragem tem de ser apertada, a fim de fazer a hipótese de uma relação de volume de fibras homogénea. Se houver um gradiente de aperto na amostra, a equação Washburn ^{5, 6} não pode ser usado para ajustar as curvas wicking. Além disso, as condições de fronteira entre o tecido e o suporte da amostra são difíceis de controlar. Assim, o papel …

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