ग्लास फाइबर सुदृढीकरण बहुलक मिश्रित लैमिनेट्स के यांत्रिक गुणों को मापना विभिन्न निर्माण प्रक्रियाओं द्वारा प्राप्त
Summary
यह पेपर गीले हाथ ले-अप / वैक्यूम बैग विधि का उपयोग करके प्राप्त फाइबर-प्रबलित बहुलक मैट्रिक्स मिश्रित लैमिनेट्स के लिए एक निर्माण प्रक्रिया का वर्णन करता है।
Abstract
पारंपरिक गीले हाथ ले-अप प्रक्रिया (डब्ल्यूएल) को व्यापक रूप से फाइबर मिश्रित लैमिनेट्स के निर्माण में लागू किया गया है। हालांकि, बनाने के दबाव में अपर्याप्तता के कारण, फाइबर का द्रव्यमान अंश कम हो जाता है और बहुत सारे हवा के बुलबुले अंदर फंस जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कम गुणवत्ता वाले लैमिनेट्स (कम कठोरता और ताकत) होते हैं। कम्पोजिट लैमिनेट्स के निर्माण के लिए गीले हाथ ले-अप/वैक्यूम बैग (डब्ल्यूएलवीबी) प्रक्रिया पारंपरिक गीले हाथ ले-अप प्रक्रिया पर आधारित है, जिसमें हवा के बुलबुले को हटाने और दबाव प्रदान करने के लिए वैक्यूम बैग का उपयोग किया जाता है, और फिर हीटिंग और इलाज प्रक्रिया को अंजाम दिया जाता है।
पारंपरिक हाथ ले-अप प्रक्रिया की तुलना में, डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया द्वारा निर्मित लैमिनेट्स बेहतर यांत्रिक गुण दिखाते हैं, जिसमें बेहतर ताकत और कठोरता, उच्च फाइबर वॉल्यूम अंश और कम शून्य मात्रा अंश शामिल हैं, जो समग्र लैमिनेट्स के लिए सभी लाभ हैं। यह प्रक्रिया पूरी तरह से मैनुअल है, और यह तैयारी कर्मियों के कौशल से बहुत प्रभावित है। इसलिए, उत्पादों में रिक्तियों और असमान मोटाई जैसे दोषों का खतरा होता है, जिससे लैमिनेट के अस्थिर गुण और यांत्रिक गुण होते हैं। इसलिए, लैमिनेट्स के यांत्रिक गुणों को सुनिश्चित करने के लिए डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया का बारीक वर्णन करना, चरणों को बारीक नियंत्रित करना और सामग्री अनुपात की मात्रा निर्धारित करना आवश्यक है।
यह पेपर बुने हुए सादे पैटर्न वाले ग्लास फाइबर सुदृढीकरण समग्र लैमिनेट्स (जीएफआरपी) तैयार करने के लिए डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया की सावधानीपूर्वक प्रक्रिया का वर्णन करता है। लैमिनेट्स की फाइबर वॉल्यूम सामग्री की गणना फॉर्मूला विधि का उपयोग करके की गई थी, और गणना किए गए परिणामों से पता चला है कि डब्ल्यूएल लैमिनेट्स की फाइबर वॉल्यूम सामग्री 42.04% थी, जबकि डब्ल्यूएलवीबी लैमिनेट्स की 57.82% थी, जिसमें 15.78% की वृद्धि हुई थी। लैमिनेट्स के यांत्रिक गुणों को तन्यता और प्रभाव परीक्षणों का उपयोग करके विशेषता दी गई थी। प्रयोगात्मक परिणामों से पता चला कि डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया के साथ, लैमिनेट्स की ताकत और मापांक क्रमशः 17.4% और 16.35% तक बढ़ाया गया था, और विशिष्ट अवशोषित ऊर्जा में 19.48% की वृद्धि हुई थी।
Introduction
फाइबर प्रबलित बहुलक कम्पोजिट (एफआरपी) फाइबर सुदृढीकरण और बहुलक मैट्रिक्स 1,2,3 को मिलाकर निर्मित एक प्रकार की उच्च शक्ति सामग्री है। यह व्यापक रूप से एयरोस्पेस 4,5,6, निर्माण7,8, मोटर वाहन9, और समुद्री10,11 उद्योगों में इसकी कम घनत्व, उच्च विशिष्ट कठोरता और ताकत, थकान गुणों और उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के कारण उपयोग किया जाता है। सामान्य सिंथेटिक फाइबर में कार्बन फाइबर, ग्लास फाइबर और अरमिड फाइबर12 शामिल हैं। इस पेपर में जांच के लिए ग्लास फाइबर को चुना गया था। पारंपरिक स्टील की तुलना में, ग्लास फाइबर सुदृढीकरण मिश्रित लैमिनेट्स (जीएफआरपी) हल्के होते हैं, जिसमें घनत्व का एक तिहाई से कम होता है, लेकिन स्टील की तुलना में उच्च विशिष्ट शक्ति प्राप्त कर सकता है।
एफआरपी की तैयारी प्रक्रिया में वैक्यूम-असिस्टेड राल ट्रांसफर मोल्डिंग (वीएआरटीएम) 13, फिलामेंट वाइंडिंग (एफडब्ल्यू) 14, और प्रीप्रेग मोल्डिंग के अलावा कई अन्य उन्नत निर्माण प्रक्रियाएं 15,16,17,18 शामिल हैं। अन्य तैयारी प्रक्रियाओं की तुलना में, गीले हाथ ले-अप / वैक्यूम बैग (डब्ल्यूएलवीबी) प्रक्रिया में कई फायदे हैं, जिनमें सरल उपकरण आवश्यकताएं और सरल प्रक्रिया तकनीक शामिल हैं, और उत्पाद आकार और आकार तक सीमित नहीं हैं। इस प्रक्रिया में उच्च स्तर की स्वतंत्रता है और इसे धातु, लकड़ी, प्लास्टिक या फोम के साथ एकीकृत किया जा सकता है।
डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया का सिद्धांत तैयार लैमिनेट्स के यांत्रिक गुणों को बढ़ाने के लिए वैक्यूम बैग के माध्यम से अधिक से अधिक दबाव लागू करना है; इस प्रक्रिया की उत्पादन तकनीक मास्टर करना आसान है, जिससे यह एक किफायती और सरल समग्र सामग्री तैयारी प्रक्रिया बन जाती है। यह प्रक्रिया पूरी तरह से मैनुअल है, और यह तैयारी कर्मियों के कौशल से बहुत प्रभावित है। इसलिए, उत्पादों में रिक्तियों और असमान मोटाई जैसे दोषों का खतरा होता है, जिससे लैमिनेट के अस्थिर गुण और यांत्रिक गुण होते हैं। इसलिए, लैमिनेट्स के यांत्रिक गुणों की उच्च स्थिरता प्राप्त करने के लिए, डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया का विस्तार से वर्णन करना, चरणों को बारीक नियंत्रित करना और सामग्री अनुपात को निर्धारित करना आवश्यक है।
अधिकांश शोधकर्ताओं ने अर्ध-स्थैतिक 19,20,21,22,23 और गतिशील व्यवहार 24,25,26,27,28 के साथ-साथ समग्र सामग्री के संपत्ति संशोधन 29,30 का अध्ययन किया है। फाइबर से मैट्रिक्स का वॉल्यूम अंश अनुपात एफआरपी लैमिनेट के यांत्रिक गुणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एक उपयुक्त सीमा में, फाइबर का एक उच्च मात्रा अंश एफआरपी लैमिनेट की ताकत और कठोरता में सुधार कर सकता है। एंड्रयू एट अल .31 ने फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (एफडीएम) योजक विनिर्माण प्रक्रिया द्वारा तैयार नमूनों के यांत्रिक गुणों पर फाइबर वॉल्यूम अंश के प्रभाव की जांच की। परिणामों से पता चला कि जब फाइबर वॉल्यूम अंश 22.5% था, तो तन्यता शक्ति दक्षता अपने अधिकतम तक पहुंच गई, और ताकत में मामूली सुधार देखा गया क्योंकि फाइबर वॉल्यूम अंश 33% तक पहुंच गया। खालिद एट अल .32 ने विविध फाइबर वॉल्यूम अंशों के साथ निरंतर कार्बन फाइबर (सीएफ) -प्रबलित 3 डी-मुद्रित कंपोजिट के यांत्रिक गुणों का अध्ययन किया, और परिणामों से पता चला कि फाइबर सामग्री में वृद्धि के साथ तन्यता शक्ति और कठोरता दोनों में सुधार हुआ था। उज़ाय एट अल .33 ने कार्बन फाइबर-प्रबलित बहुलक (सीएफआरपी) के यांत्रिक गुणों पर तीन निर्माण विधियों-हाथ ले-अप, संपीड़न मोल्डिंग और वैक्यूम बैगिंग के प्रभावों की जांच की। लैमिनेट्स के फाइबर वॉल्यूम अंश और शून्य को मापा गया, तन्य और झुकने वाले परीक्षण आयोजित किए गए। प्रयोगों से पता चला कि फाइबर वॉल्यूम अंश जितना अधिक होगा, यांत्रिक गुण उतने ही बेहतर होंगे।
एफआरपी लैमिनेट में रिक्तियां सबसे आम दोषों में से एक हैं। रिक्तियां मिश्रित सामग्रियों के यांत्रिक गुणों को कम करती हैं, जैसे कि ताकत, कठोरता और थकान प्रतिरोध34। रिक्तियों के चारों ओर उत्पन्न तनाव एकाग्रता सूक्ष्म दरारों के प्रसार को बढ़ावा देती है और सुदृढीकरण और मैट्रिक्स के बीच इंटरफ़ेस की ताकत को कम करती है। आंतरिक रिक्तियां एफआरपी लैमिनेट के नमी अवशोषण को भी तेज करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप इंटरफ़ेस विघटन और प्रदर्शन में गिरावट होती है। इसलिए, आंतरिक रिक्तियों का अस्तित्व समग्र की विश्वसनीयता को प्रभावित करता है और उनके व्यापक अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करता है। झू एट अल.35 ने सीएफआरपी मिश्रित लैमिनेट्स के स्थैतिक इंटरलेमिनर कतरनी शक्ति गुणों पर शून्य सामग्री के प्रभाव की जांच की, और पाया कि 0.4% से 4.6% तक शून्य सामग्री में 1% की वृद्धि से इंटरलेमिनर कतरनी ताकत में 2.4% की गिरावट आई। स्कॉट एट अल.36 ने कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) का उपयोग करके हाइड्रोस्टेटिक लोडिंग के तहत सीएफआरपी मिश्रित लैमिनेट्स में क्षति तंत्र पर रिक्तियों के प्रभाव को प्रस्तुत किया, और पाया कि रिक्तियों की संख्या यादृच्छिक रूप से वितरित दरारों की संख्या का 2.6-5 गुना है।
उच्च गुणवत्ता वाले और विश्वसनीय एफआरपी लैमिनेट्स को आटोक्लेव का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है। अब्राहम एट अल.37 ने इलाज के लिए 1.2 एमपीए के दबाव के साथ एक आटोक्लेव में डब्ल्यूएलवीबी असेंबली रखकर कम-सरंध्रता, उच्च फाइबर सामग्री लैमिनेट्स का निर्माण किया। फिर भी, आटोक्लेव उपकरण का एक बड़ा और महंगा टुकड़ा है, जिसके परिणामस्वरूप काफी विनिर्माण लागत होती है। यद्यपि वैक्यूम-असिस्टेड राल हस्तांतरण प्रक्रिया (वीएआरटीएम) लंबे समय से उपयोग में है, लेकिन समय लागत, अधिक जटिल तैयारी प्रक्रिया और अधिक डिस्पोजेबल उपभोग्य सामग्रियों जैसे डायवर्सन ट्यूब और डायवर्सन मीडिया के संदर्भ में इसकी एक सीमा है। डब्ल्यूएल प्रक्रिया की तुलना में, डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया कम लागत वाले वैक्यूम बैग के माध्यम से अपर्याप्त मोल्डिंग दबाव की भरपाई करती है, फाइबर वॉल्यूम अंश को बढ़ाने और आंतरिक छिद्र सामग्री को कम करने के लिए सिस्टम से अतिरिक्त राल को अवशोषित करती है, जिससे लैमिनेट के यांत्रिक गुणों में काफी सुधार होता है।
यह अध्ययन डब्ल्यूएल प्रक्रिया और डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया के बीच अंतर की पड़ताल करता है, और डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया की सावधानीपूर्वक प्रक्रिया का विवरण देता है। लैमिनेट्स की फाइबर वॉल्यूम सामग्री की गणना फॉर्मूला विधि द्वारा की गई थी, और परिणामों से पता चला कि डब्ल्यूएल लैमिनेट्स की फाइबर वॉल्यूम सामग्री 42.04% थी, जबकि डब्ल्यूएलवीबी लैमिनेट्स की 57.82% थी, जिसमें 15.78% की वृद्धि हुई थी। लैमिनेट्स के यांत्रिक गुणों को तन्यता और प्रभाव परीक्षणों की विशेषता थी। प्रयोगात्मक परिणामों से पता चला कि डब्ल्यूएलवीबी प्रक्रिया के साथ, लैमिनेट्स की ताकत और मापांक क्रमशः 17.4% और 16.35% तक बढ़ाया गया था, और विशिष्ट अवशोषित ऊर्जा में 19.48% की वृद्धि हुई थी।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह पेपर कम लागत के साथ हाथ ले-अप विधि के लिए दो अलग-अलग निर्माण प्रक्रियाओं पर केंद्रित है। इसलिए, इस पेपर में सावधानीपूर्वक वर्णित करने के लिए दो निर्माण प्रक्रियाओं का चयन किया गया था, जो सरल, मास्टर कर…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक चीन के राष्ट्रीय कुंजी अनुसंधान और विकास कार्यक्रम (संख्या 2022YFB3706503) और शेन्ज़ेन प्राकृतिक विज्ञान निधि (संख्या 20220815133826001) के स्थिर समर्थन योजना कार्यक्रम से अनुदान को धन्यवाद देना चाहते हैं।
Materials
| breather fabric | Easy composites | BR180 | |
| drop-weight impact testing machine | Instron | 9340 | |
| Epoxy matrix | Axson Technologies | 5015/5015 | |
| glass fiber | Weihai Guangwei Composites | W-9311 | |
| non-porous release film | Easy composites | R240 | |
| Peel ply | Sino Composite | CVP200 | |
| perforated released film | Easy composites | R120-P3 | |
| test machine | ZwickRoell | 250kN | |
| vacuum film | Easy composites | GVB200 |
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