פתילה ומבחני בדים חד-כיווניים: מדידות של פרמטרים נימי להערכת לחץ נימים בתהליכי דפוס Composite הנוזל
Summary
שיטה ניסיונית למדוד פרמטרים גיאומטריים זוויות קשר לקידום לכאורה המתאר נימי פתילה ב סינתטי חד כיווני ובדים טבעיים מוצעת. פרמטרים אלה הם חובה עבור קביעת הלחצים נימי כי חייב להילקח בחשבון עבור יישומי דפוס מרוכבים נוזליים (LCM).
Abstract
במהלך ההספגה של חיזוק סיבי ב דפוס מרוכבים נוזליים (LCM) תהליכים, תופעות נימים צריכות להיות מובנות על מנת לזהות את השפיע על היווצרות חלל חלקים מורכבים. פתילה בתווך סיבי מתואר על ידי משוואת וושבורן נחשבת שווה ערך ל תזרים תחת השפעת לחץ נימים פי החוק דארסי. בדיקות ניסיון לאפיון של פתילה נערכו בשני החיזוק הסיבי פחמן פשתן. בדי Quasi-חד כיווניים אז נבדקו באמצעות tensiometer מנת לקבוע את הפרמטרים מורפולוגיים הרטבה לאורך כיוון הסיבים. ההליך הוצג להיות מבטיח כאשר המורפולוגיה של הבד היא ללא שינוי במהלך הפתילה נימי. במקרה של בדי פחמן, לחץ הנימים ניתן לחשב. סיבי פשתן רגישים וספיחה לחות להתנפח במים. לתופעה זו יש להילקח בחשבון כדי להעריך את הפרמטרים הרטבה. אניn כדי להפוך סיבים פחות רגישים וספיחת מים, טיפול תרמי בוצע על תגבורת פשתן. טיפול זה משפר יציבות מורפולוגית סיבים מונע נפיחות במים. זה היה הראה כי המטופלים יש בדי מגמת פתילה ליניארי דומה לאלה שנמצאו בבדי פחמן, המאפשרים קביעת לחץ נימים.
Introduction
במהלך ההספגה של תגבורת סיבית ב דפוס מרוכבים נוזליים (LSM) תהליכים, זרימת השרף הוא מונע על ידי פרש לחצים. יש תופעות נימי אפקט נוסף שיכול להתחרות עם הפרש לחצים, בהתאם לפרמטרים התהליך. השפעתם על התהליך ולכן יש לעבור הערכה 1, 2. ניתן לעשות זאת על ידי הגדרת לחץ נימים לכאורה, כובע P, שינוי שיפוע הלחץ הראשוני 3. פרמטר זה ובהמשך עשוי להיות מוכנס לתוך מודלים מספריים כדי לדמות תזרימי במהלך תהליכים לחזות היווצרות חלל במדויק 4.
ההספגה הספונטנית של בד על ידי נוזל (פתילה) יכולה להיות מתוארת על ידי המשוואה וושבורן 5. במקור, משוואת וושבורן תארה את תופעת הנימים של נוזל בתוך שפופרת. ווה משוואה זוים אז הוארך מבנים נקבוביים, כגון תגבורת סיבית, כי יכול להיות מקורבת לרשת צינור נימים. בהתחשב בעל מדגם גלילי עם רדיוס, R, מלא מדיום נקבובי, משוואת וושבורן שונה בצורה להשיג מסת בריבוע (מ"ר (t)) לאורך זמן, כדלקמן 6:
(1)
כאשר c הוא פרמטר הלוקח בחשבון tortuosity, R הוא הרדיוס הנקבובי הממוצע, ו ε = 1-V f הוא נקבובי (V f להיות יחס נפח סיבים). כל הפרמטרים בסוגריים המרובעים להדאיג את המורפולוגיה ותצורה של המדיום הנקבובי, והם יכולים להיות מאוחדים לתוך קבוע, C, המכונה "גורם בינוני הגיאומטריות נקבוביות." הפרמטרים האחרים לבטא את תלות של פתילה על האינטראקציות בין המדיום ואת הנוזלים (דרך ρ, η, ו- L γ, אשר הן, בהתאמה, צפיפות, צמיגות, ומתח הפנים של הנוזל, ובאמצעות θ, בזווית המגע המתקדם לכאורה).
במקביל, את הזרימה דרך מדיום נקבובי בדרך כלל היא מודל עם החוק דארסי הידוע 7, אשר מספר על מהירות נוזל שווה ערך, v D, עד הטיפה לחץ באמצעות החדירות של המדיום, K, ואת צמיגות הנוזל, η . משוואה זו מאפשרת גם על מנת לתת ביטוי ברווח ההמוני על פני שורש הריבועי של זמן ובמסגרת זו על פי שיקול דעתם של השקילות בין שתי המשוואות. מ שקילות זו בין המשוואה וושבורן ואת דארסי החוק, לחץ הנימים הוגדר אז כדלקמן 8:
<p class="jove_content">
(2) כאן, הדגש העיקרי הוא לתאר את הליך הניסוי למדידת גורמים הגיאומטריים ואת זוויות מגע לקידום לכאורה בדים חד כיווני, במטרה לקבוע את לחץ הנימים. שיטה זו מסתמכת על שימוש tensiometer לבצע בדיקות פתילה (איור 1). Tensiometer הוא microbalance עם רזולוציה של 10 מיקרוגרם המודד את מסת הנוזל או להרכיב המניסקוס סביב מוצק או עולה מדיום סיבי. בדיקות פתילה בוצעו בהתחשב אפיון חד ממדי (כיוון לאורך הסיבי) 8, 9. בדים Quasi-חד כיווני המשמש לאימות הנוהל פחמן-כיוונית חד (א.ד.) בדים בכל f V = 40%. לאחר השיטה קיבלה תוקף, בדים פשתן הוגשו חולצת טיפול תרמיכובע משנה את התנהגות ההרטבה של סיבים 6, ובדיקות פתילה בוצעו עם יחס נפח סיבים שונה (מ -30% ל -40%) היא בדי פשתן מטופל ומטופל. כדי לקבוע פרמטרים מורפולוגיים הרטבה, לפחות שתי בדיקות הפתילה הם שדות חובה: האחד עם נוזל לחלוטין להרטיב, כמו n-הקסאן, כדי לקבוע C (משוואה 1), והשני עם הנוזל של עניין, כדי לקבוע זווית המגע המתקדם לכאורה פעם C ידוע. לפי הגישה הראשונה, מים היה בשימוש כדי להעריך את ההליך.
בשיטה זו ניתן להחיל בדים ונוזלים שונים, המאפשר הערכה של השפעת הגיאומטריה חומר (מורפולוגיה של בדים), נקבוביות (יחסי נפח סיבים שונים), ואת צמיגות מתח הפנים של הנוזל על תופעות הספגה נימי. ברור כי ההליך על פי התיאוריה וושבורן (משוואה 1) ניתן לאמץ רק אם מ"ק הפתילהrves (מ"ר (t)) שרשמה tensiometer יש מגמה ליניארי. משמעות הדבר היא כי הפרמטרים במשוואה 1 חייבים להישאר קבועים במהלך תהליך הפתילה כולו. אם זה לא המקרה, כפי תגבורת פשתן במים, בגלל הסיבים עוברים נפיחות 10, 11, המשוואה וושבורן צריך להיות שונה כדי לכלול את השפעת נפיחות על מנת לתאר את בדיקות 9 כראוי. בדים שטופלו נמצאו פחות רגיש וספיחת מים 9. גורמים גיאומטריים ופרמטרי הרטבה יכולים להימדד מתאימים ליניארי, המאפשרים חישוב לחץ הנימים, כובע P.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלבים הקריטיים בפרוטוקול מתייחסים הכנת הדגימות. ראשית, התגלגל שנדגמו צריך להיות חזק כדי להפוך את ההנחה של יחס נפח סיבים הומוגנית. אם יש שיפוע אטים במדגם, משוואת 5 וושבורן, 6 לא ניתן להשתמש כדי להתאים את עקומות פתילה. בנוסף, תנאי הגבול בי…
Disclosures
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 |
References
- Lawrence, J. M., Neacsu, V., Advani, S. G. Modeling the impact of capillary pressure and air entrapment on fiber tow saturation during resin infusion in lcm. Compos Part A: Appl Sci Manuf. 40 (8), 1053-1064 (2009).
- Ravey, C., Ruiz, E., Trochu, F. Determination of the optimal impregnation velocity in resin transfer molding by capillary rise experiments and infrared thermography. Compos Sci Technol. 99, 96-102 (2014).
- Verrey, J., Michaud, V., Månson, J. -. A. Dynamic capillary effects in liquid composite moulding with non-crimp fabrics. Compos Part A: Appl Sci Manuf. 37 (1), 92-102 (2006).
- Abouorm, L., Moulin, N., Bruchon, J., Drapier, S. Monolithic approach of Stokes- Darcy coupling for LCM process modelling. Key Eng Mater. 554, 447-455 (2013).
- Washburn, E. W. Note on a method of determining the distribution of pore sizes in a porous material. Proc Natl Acad Sci USA. , 115-116 (1921).
- Pucci, M. F., Liotier, P. -. J., Drapier, S. Capillary effects on flax fibers-modification and characterization of the wetting dynamics. Compos Part A: Appl Sci Manuf. 77, 257-265 (2015).
- Darcy, H., Dalmont, V. . Les fontaines publiques de la ville de Dijon: exposition et application. , (1856).
- Pucci, M. F., Liotier, P. -. J., Drapier, S. Capillary wicking in a fibrous reinforcement-orthotropic issues to determine the capillary pressure components. Compos Part A: Appl Sci Manuf. 77, 133-141 (2015).
- Pucci, M. F., Liotier, P. -. J., Drapier, S. Capillary wicking in flax fabrics – effects of swelling in water. Colloids Surf A: Physicochem Eng Aspects. 498, 176-184 (2016).
- Nguyen, V. H., Lagardère, M., Park, C. H., Panier, S. Permeability of natural fiber reinforcement for liquid composite molding processes. J Mater Sci. 49 (18), 6449-6458 (2014).
- Stuart, T., McCall, R., Sharma, H., Lyons, G. Modelling of wicking and moisture interactions of flax and viscose fibres. Carbohydr Polym. 123, 359-368 (2015).
