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

Summary

Экспериментальный метод для измерения геометрических параметров и видимые наступающих углы контакта, описывающие капилляр Влагоотведение однонаправленный синтетических и натуральных тканей предлагается. Эти параметры являются обязательными для определения капиллярного давления, которые должны быть приняты во внимание для жидких композитных формовочных (LCM) приложений.

Abstract

Во время пропитки волокнистой арматуры в жидких композитных литье (LCM) процессы, капиллярные эффекты должны быть поняты с целью определения их влияния на формирование пустот в составных частях. Влагоотведение в волокнистой среде, описываемой уравнением Washburn было считать эквивалентным потоку под действием капиллярного давления в соответствии с законом Дарси. Экспериментальные испытания для определения характеристик впитывания были проведены с углеродистой и льняного армирующих волокон. затем Квази-однонаправленных материалов были протестированы с помощью тензометра, чтобы определить морфологические и смачивающие параметров вдоль направления волокон. Процедура была показана перспективность, когда морфология ткани не изменяется во время капиллярного капиллярного затекания. В случае углеродных тканей, капиллярное давление можно рассчитать. Льняные волокна чувствительны к сорбционным влаги и набухают в воде. Это явление должно быть принято во внимание для оценки параметров смачивании. яN для того, чтобы сделать волокна менее чувствительны к водопоглощения, термическая обработка проводилась на лен подкреплением. Эта обработка улучшает стабильность волокна морфологическое и предотвращает набухание в воде. Было показано, что лечение ткани имеют линейную впитывания тенденцию, аналогичную тем, которые содержатся в углеродных тканей, что позволяет для определения капиллярного давления.

Introduction

В процессе пропитки волокнистых армирование в жидких композитных литье (LSM), и процессы, поток смолы приводится в движение с помощью градиента давления. Капиллярные эффекты имеют дополнительный эффект, который может конкурировать с градиентом давления, в зависимости от параметров процесса. Их влияние на процесс , таким образом , должно быть оценено ^{1, 2.} Это можно сделать, определив кажущуюся капиллярное давление, P _{колпачок,} изменяя начального градиента давления ^3. Этот параметр может впоследствии быть вставлен в цифровые модели с целью моделирования потоков во время процессов и точно предсказать образование пустот ^4.

Самопроизвольное пропитка ткани жидкостью (затекания) может быть описана уравнением Washburn ^5. Первоначально, уравнение Вашбурн описал капиллярный подъем жидкости в трубке. Это уравнение уаs затем расширен для пористых структур, таких как волокнистые подкрепления, которые могут быть аппроксимированы к сети капиллярной трубки. Учитывая цилиндрический держатель образца с радиусом R, заполненной пористой среде, уравнение Washburn был изменен в виде квадрата массы прибыли (м² (т)) с течением времени, следующим образом ^6:

(1)

где с параметром , который учитывает извилистости, R ì средний радиус пор, и ε = 1-V _F является пористость (V _F является объемное отношение волокна). Все параметры в квадратных скобках относятся к морфологии и конфигурации пористой среды, и они могут быть объединены в постоянную, С, именуемой «геометрической пористой среды фактор." Остальные параметры выражаютзависимость впитывания от взаимодействия между средой и жидкостью (через р, η, γ и _L, которые, соответственно, плотность, вязкость и поверхностное натяжение жидкости, а через & thetas _а, кажущийся опережения угол контакта).

Параллельно с этим , поток через пористую среду, как правило , моделируется с помощью хорошо известного Darcy закона ^7, который имеет отношение эквивалентной скорости потока жидкости, V _D, к падению давления через проницаемости среды, К и вязкости жидкости, η , Это уравнение позволяет также для выражения усиления масс над квадратному корню из времени и, таким образом, для рассмотрения эквивалентности между двумя уравнениями. Из этой эквивалентности между уравнением Washburn и закона Дарси, капиллярное давление затем определяется следующим образом ^8:

<p class="jove_content"> (2)

Здесь основной упор делается, чтобы описать экспериментальную процедуру для измерения геометрических факторов и кажущиеся наступающих углы контакта для однонаправленных тканей, с целью определения капиллярного давления. Этот метод основан на использовании тензиометр для выполнения Влагоотведение тестов (рисунок 1). Тензиометр является микровесов с разрешением 10 мкг, который измеряет жидкую массу либо образуя мениск вокруг твердой или восходящей волокнистой среды. Впитываемости испытания проводились с учетом одномерную характеристику (направление вдоль волокон) ^{8, 9.} Квази-однонаправленные ткани , используемые для проверки процедуры были углеродные однонаправленная (UD) ткани на более V _F = 40%. После того, как метод был проверен, лен ткани были представлены термической обработке тшапка изменяет смачиванию волокон ^6, и капиллярные тесты были выполнены с различными коэффициентами объемных волокон (от 30% до 40%) для обеих необработанных и обработанных тканей льна. Для определения морфологических и смачивающие параметров, по меньшей мере , два капиллярные испытания являются обязательными: первый с полностью смачивание жидкостью, как н-гексан, определить С (уравнение 1), а второй с жидкостью интереса, определить кажущаяся опережения угол контакта когда – C известно. В первом подходе, вода была использована для оценки процедуры.

Этот метод может быть применен к различным тканей и жидкостей, что позволяет для оценки влияния материальной геометрии (морфология тканей), пористость (различное отношение объема волокон), а также вязкость и поверхностное натяжение жидкости на явлениях капиллярной пропитки. Очевидно, что процедура согласно теории Washburn (уравнение 1), может быть принят только в том случае затекания у.е.РВЭС (м² (т)) , записанные с помощью тензометра имеют линейную тенденцию. Это означает, что параметры в уравнении 1 должен оставаться неизменным в течение всего процесса капиллярное. Если это не так, как и для льна армирование в воде, потому что волокна претерпевают припухлость ^{10, 11,} уравнение Вашбурн должен быть изменен , чтобы включить эффект припухлости, чтобы описать тесты правильно ^9. Были обнаружены Обработанные ткани менее чувствительны к сорбции воды ^9. Геометрические факторы и увлажняющие параметры могут быть измерены с линейными припадков, что позволяет для расчета капиллярного давления, P _{колпачка.}

Protocol

Внимание: Проконсультируйтесь все соответствующие паспорта безопасности материала. Химикаты, используемые для испытаний являются токсичными и канцерогенными свойствами. Использовать средства индивидуальной защиты (защитные очки, перчатки, лабораторный халат, полнометражные брюки …

Representative Results

Кривые массового коэффициента усиления во время капиллярного затекания получены с тензометра для углерода и необработанных и обработанных тканей льна показаны на рисунках 2 и 3. Все кривые приведены после вычитания обоих весов внешних мениск из-за ?…

Discussion

Критические шаги в протоколе, относятся к подготовке образцов. Во-первых, рулонный пробы должны быть плотно для того, чтобы сделать предположение о соотношении однородного объема волокна. Если есть натягом градиент в образце, уравнение Вашбурн ^{5, 6} не мож?…

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