מגנט בסיוע ייצור מורכבים: גמיש טכניקה חדשה להשגת קונסולידציה גבוהה בלחץ בתהליכים ואקום שקית/Lay-Up

Summary

טכניקה חדשה עבור הפעלת לחץ איחוד-והופה שקית ואקום כדי לבדות הלוגן מורכב המתואר. המטרה של פרוטוקול זה היא לפתח טכניקה פשוטה, חסכונית כדי לשפר את האיכות של הלוגן מפוברק על ידי שיטת שקית ואקום והופה רטוב.

Abstract

עבודה זו ממחישה פרוטוקול כדי לשפר את האיכות של הלוגן מורכב מפוברק על ידי תהליכים שקית ואקום והופה רטוב באמצעות מגנט שפותחו לאחרונה בסיוע הפרדות צבע (MACM) טכניקת הייצור. בטכניקה זו, קבועים magnets מנוצלים כדי להחיל בלחץ גבוה מספיק איחוד בשלב ריפוי. כדי לשפר את עוצמת השדה המגנטי, לכן, כדי להגדיל את הלחץ דחיסת מגנטי, המגנטים ממוקמים על צלחת העליון מגנטי. ראשית, כל תהליך הכנת והופה מורכב על התחתונה מגנטי פלדה צלחת באמצעות התהליך שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב. שנית, השמה של קבוצת-בורון ניאודימיום ברזל קבועים magnets, מסודרים לסירוגין קוטביות, על שקית ואקום מודגם. לאחר מכן, מוצגים ההליכים ניסיוני כדי למדוד את דחיסת מגנטיים לחץ ונפח השברים של המרכיבים ללא הפרדות צבע. לבסוף, שיטות השתמשו כדי לאפיין מיקרו ואת התכונות המכאניות של הלוגן מורכב נדונים בפירוט. התוצאות להוכיח את יעילותה של השיטה MACM לשיפור האיכות של קליעת ליי-אפ רטוב שקית ואקום הלוגן. שיטה זו אינה דורשת השקעות הון גדול עבור אבזור או ציוד, יכול לשמש גם כדי לאחד גיאומטריים מורכבים חלקים מורכבים על-ידי הצבת את המגנטים על התאמת תבנית העליון ממוקם על שואב האבק.

Introduction

פולימר מחוזקים סיבים מרוכבים היה בשימוש נרחב רכב^1,2, וחלל^3,4, ימית^5,6ו^7,הבנייה⁸ תעשיות בגלל שלהם מאפיינים ייחודיים כגון חוזק מסוים גבוה ומודולוס, התנהגות חיובית עייפות, עמידות בפני קורוזיה. כיום, הלוגן ללא הפרדות צבע באיכות גבוהה בעיקר מיוצרים באמצעות שכבות של בד מראש ספוג (prepreg) ריפא ב החיטוי תחת טמפרטורה גבוהות ולחץ קונסולידציה גבוהה של 0.27-0.69 MPa (40-100 psi)⁹. למינטים ללא הפרדות צבע באיכות נמוכה יותר המיוצרים על ידי תהליך והופה רטוב, איפה החיזוק בלחץ גבוה אינו מוחל. תהליך זה הוא מהגידולים, לא דורשת ציוד יקר, מתבצע על-ידי הצבת רובדי אחת של בד יבש על תבנית והחלת לאחר מכן שרף. ברוב היישומים, גלגלת ידניים משמש כדי לאלץ את השרף חיזוק סיבים, סוחטים עודף שרף. הרצף הזה חוזר על עצמו עד לעובי הרצוי מתקבל. איכות הלוגן המיוצר על ידי והופה רטוב ניתן לשפר במידה רבה על-ידי החלת שילוב של ואקום (נקרא התהליך שקית ואקום והופה רטוב) ולחץ על איחוד נוספים ב החיטוי במהלך הריפוי. הפעלת לחץ קונסולידציה גבוהה במהלך תרופה מקלה על הזרם שרף המוביל לעלייה השבר נפח סיבים והסרת^10,חללים¹¹ ובאמצעי שיפור של תכונות מכניות. אברהם. et al. ¹² הראו כי הלוגן ללא הפרדות צבע E-זכוכית לארוג רגיל באיכות גבוהה עם חלק קטן נפח סיבים של-64%, נמוך נפח חלל השבר של 1.6% יכול להיות מפוברק באמצעות והופה רטוב שואב האבק כאשר בלחץ קונסולידציה של 1.2 MPa חלה ב החיטוי.

חללים הם אחד הליקויים הנפוצים ביותר שנוצרו במהלך הייצור של הלוגן ללא הפרדות צבע. חללים מיקרונים אחדים ועד כמה מאות מיקרונים נוצרות בעיקר בשל האוויר כלואה במהלך והופה, התפרקה לחות שרף וגירוש שיכללו חומרים נדיפים במהלך הריפוי^13,14,15. כמו כן, הדינמיקה של הספגה של חיזוק סיבי נמצאים יש השפעה משמעותית על מלכוד void^16,17. מקובל כי הנוכחות של חללים עשוי פלסטיק ללא הפרדות צבע יכול להוביל לירידה משמעותית של כוח^13,18,19,^20,מודולוס²¹, שבר קשיחות²², עייפות חיים^23,24 מתוך הלוגן. למשל, ג'אד, רייט²⁵ מצא כי כל עלייה של 1% בתוכן חלל (עד 4%), תוצאות כ- 7% ירידה של מאפייני הטיית קרן קצרה. יתר על כן, Ghiorse²⁶ מצא כי באפוקסי פחמן מרוכבים, עבור כל 1% עלייה תוכן void, לירידה 10% הטיה interlaminar וכוח flexural, על הפחתת 5% מודולוס flexural, ניתן לראות. בנוסף, חללים יש השפעות שליליות על קראק חניכה, הפצת, כמו גם לחות הקליטה^27,28. זה ידוע כי שיעור ספיגת הלחות עבור הלוגן כשהתוכן void גבוהה יותר הוא גדול יותר, הלחות נספג עלול לגרום להידרדרות של ממשק סיבים-מטריקס, נחות לטווח ארוך תכונות מכניות^{29, 30,31,32}. לכן, כדי להבטיח עקביות של תכונות מכאניות ולהשיג את האיכות הגבוהה ביותר של מוצרים ללא הפרדות צבע, התוכן הריק צריך להיות ממוזער.

למרות אשפרה עשוי פלסטיק ללא הפרדות צבע ב החיטוי מייצרת חלקים באיכות גבוהה, אמינות, עלות המוצר יהיה גבוה עקב השקעות הון ראשוני ושימוש עודף אנרגיה. בנוסף אוטוקלב תרופה, מגוון רחב של טכניקות כגון העברת שרף בסיוע ואקום צורניים (VARTM) ותהליך הריקודים הלטיניים יש פותחה, נהגה לפברק הלוגן מורכב מחוץ אוטוקלב^{32,33, 34 , 35 , 36}. עם זאת, בשל היעדר לחץ אחיד, גבוהה, הלוגן המיוצר על ידי שיטות אלה לעיתים קרובות יש תכונות מכניות נמוכה יותר בהשוואה לאלו שנעשו אוטוקלאבים³⁷. לאחרונה, טכניקה חדשנית המכונה מגנט מורכב בסיוע ייצור (MACM) יש כבר מנוצל לשיפור האיכות של קליעת ליי-אפ רטוב שקית ואקום הלוגן מורכב על-ידי החלת לחץ איחוד שנוצר על ידי קבוצה של מתח גבוה קבוע מגנטים^38,39. היישום של טכניקה זו הוארך אז כדי לייצר באיכות גבוהה, מבניים הלוגן מורכב מחוץ החיטוי באמצעות טמפרטורה גבוהה קבועים magnets⁴⁰.

בנייר זה, מוצג פרוטוקול לייצור והופה רטוב שקית ואקום ללא הפרדות צבע הלוגן בטכניקה MACM. ב- MACM,-בורון ניאודימיום ברזל קבועים magnets מנוצלים כדי להחיל קונסולידציה גבוהה מספיק לחץ במהלך הריפוי, לפיכך, לשפר את איכות הלוגן. ראשית, הכנת 6 רובדי, לארוג רגיל E-זכוכית אפוקסי והופה מורכב על צלחת תחתית פלדה מתואר. לאחר מכן, הסידור של קבועים magnets ב קוטביות לסירוגין על צלחת פלדה העליון הוא הפגין, יחד עם מיקומו על שקית ואקום למרוח לחץ איחוד והופה ללא הפרדות צבע. בסופו של דבר, אנחנו חלוקה לרמות את השלבים למדידת לחץ הדחיסה מגנטי, כמו גם השיטות המשמשות את האפיון של שברים נפח החלל וסיבים, מיקרו המכאניות של הלוגן מורכב. היעילות של תהליך MACM נבדק על ידי בדיית והופה רטוב שקית ואקום הלוגן שנעשו תחת הלחץ מגנטי, השוואת המאפיינים שלהם לאלה מפוברק על ידי קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב שואב האבק ללא מגנטים. התוצאות המתקבלות להוכיח את היכולת של שיטת MACM כדי לשפר את האיכות הכולל למינציה. בשיטה זו ניתן ליישם לפברק רכיבים מורכבים גדולים ומורכבים גאומטרית בקלות יחסית, ויש דרך בעלות נמוכה ופשוטה של ייצור באיכות גבוהה הלוגן.

Protocol

אזהרה: נא עיין כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. השתמש ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה, מכנסיים באורך מלא, ונעליים סגורות).

1. חומרים

1. לחתוך 6 עננים נים של 20.3 ס מ х 15.2 ס מ, לארוג רגיל בד זכוכית בחותך בד רוטרי.
   הערה: בד לארוג רגיל יכול להיות מוחלף על ידי אחרים סוגי הבד כולל מחצלות ארוגים, אקראיים. סיבי פחמן יכול לשמש גם בשיטה זו.
2. להכין את המערכת שרף על ידי INF שוקל שרף אפוקסי, INF (40 גרם), על איזון tared, ולאחר מכן, להוסיף את במינראליים, הראשון (10.96 גרם), באמצעות יחס משקל של 100 כדי 27.4. מערבבים תערובת שרף/במינראליים (ב 37 ראד s^-1) עד מלא פיזור נגיש (עבור 5 דקות).
   הערה: ניתן להחליף (1) סוג של שרף עם כל סוג של שרף מתאים והופה רטוב שקית ואקום תהליכים. (2) מבחר אפוקסי שרף-כדי-במינראליים יחס תלויה השילוב שרף, במינראליים. (3) הבחירה של המשקל של תערובת שרף/במינראליים תלוי השבר נפח הסיבים הרצויה של חלק סיים ואת הסכום הצפוי פסולת כגון כמות שרף מדממת, שנותרו שרף על מברשת, ועוד. בהתחשב המשקל של 6-עננים נים של בד להיות כ 34 g, שרף סיבים יחס של 60-40, לפי משקל, נבחר.
3. דגה השרף (כ- 15 דקות) במלכודת שרף כדי להסיר את כל האוויר לכודה בתקופת ערבוב של שרף אפוקסי ו במינראליים.

2. מורכב ייצור באמצעות לחץ מגנטי בתהליך שקית ואקום והופה רטוב

הערה: איור 1 מראה סכימטי מפושטת של הכנת והופה ללא הפרדות צבע, הפעלת לחץ מגנטי, אשר מתואר בסעיפים 2.1-2.15.

1. להכין את כל החומר הנדרש עבור הניסוי:
   1. עשרים וחמש N52 נאודימיום-ברזל-בורון (NdFeB) קבע מגנטים (2.54 ס מ אורך, 2.54 ס מ רוחב ו- 1.27 ס"מ עובי), הממוגנטים דרך עובי שלהם, ב- 4.76 מ מעבה העליון בחתיכת פלדה במקום. לארגן את המגנטים בתצורת 5 × 5 מרובע מתחלפים קוטביות. במהלך הסידור והמיקום של קבועים magnets, חייבים להקפיד כאשר יש סכנה של פציעה.
   2. במקום 0.3 מ מעבה אלומיניום כיפת לידה צלחת (20.3 х 15.2 ס מ²) מצופה מראש עם PTFE סוכן שחרור בדיוק באמצע סרט שחרור מחורר (26.7 х ס מ 21.6²).
   3. השתמש 12.7 מ מ רחב פוליאסטר הקלטת כדי הקלטת להיקף של כיפת לידה צלחת לסרט שחרור.
2. המקום קלטת 12.7 מ מ רחב דביק ברחבי הפריפריה של אזור² 43.2 × 27.9 ס מ על פני השטח של 6.35 מ מעבה, 61.0 × 61.0 ס מ², צלחת כלי פלדה התחתון.
3. לפני הנחת הבד, החלת מעיל של שרף על הצלחת בכלי מכוסה על ידי שכבה של פיברגלס nonporous מצופים PTFE שחרור הסרט (מיקרומטר 76-עבה). החל שרף בדיוק מספיק כדי להרוות את רובדי הראשון של בד.
4. למקם את רובדי הראשון בד, ואז, עם גלגלת, הקש, סוחטים עודף שרף.
5. מלא להרוות את המיטה סיב על ידי מזיגת כמות קטנה של שרף נוספים על גבי הבד והפצת ואז באופן שווה על השטח כולו עם squeegees.
6. חזור על שלבים 2.4 ו- 2.5 עבור כל עננים נים (6-רובדי במקרה זה). ודא כי כל עננים נים רוויים באופן מלא עם שרף כי בערך אותה כמות של שרף (~8.5 גרם) משמש עבור כל רובדי.
7. מקם את הצלחת כיפת לידה, קשורה בסרט שחרור מחורר, מעל preform סיבים, ולאחריה שכבה של 0.5 אינץ רחב פוליאסטר נייר דבק מסביב להיקף של הסרט שחרור.
8. להוסיף שתי חתיכות של בד נושם/הדימום על סיבים של פרפורמות ולמקם את החלק התחתון של שסתום ואקום מנעול טוויסט על גבי הבד נושם. ודא כי השסתום ממוקם מספיק רחוק מן preform רווי כדי להגן על השסתום ממגע עם שרף עודף.
9. הסר את הנייר גיבוי של הקלטת דביק ולמקם שואב האבק על הצלחת כלי תוך כדי הקשה על זה בתקיפות נגד הקלטת כדי לאטום אותו.
10. להתחבר צד אחד של הצינור ואקום פיסת העליון של שסתום ואקום, את הצד השני וסת הלחץ, מחובר את משאבת ואקום.
11. שים חתך קטן בתיק איפה החלק התחתון של השסתום, הכנס את פיסת העליון של השסתום ואקום לתוך החור, בעדינות בליפוף סגור כך התיק מתחת לא קמט.
12. התחל את משאבת ואקום עד ובלחץ ואקום קבוע של kPa 93 (13.5 psi) כדי להסיר את כל שיכללו חומרים נדיפים שנוצרו במהלך הריפוי ושרף עודף. ודא כי מערכת ואקום זליגת חינם.
13. תהדק את ארבעת הקצוות של צלחת כלי התחתון על בסיס תמיכה. צלחת התחתון כלי תיקון נגד התנועה לפני השמה של מגנטים כי כוח משיכה מגנטי עשוי להעביר משמרת את הצלחת כלפי מעלה.
14. לאפשר את למינציה לרפא למשך 45 דקות בטמפרטורת החדר ולאחר מכן מקם את ערכת מגנטים (להכין בסעיף 2.1.1) על שקית ואקום, ואחריו להגדיל את הטמפרטורה של צלחת הכלי עד 60 ° צלזיוס בקצב הרמפה של ~ 5 ° C/min.
    הערה: מחזור ריפוי (1) תלויה שרף שנבחרו. (2) סיליקון סדיני הגומי החום ממוקמים מתחת לצלחת כלי חימום.
15. לאחר ריפוי במשך 8 שעות ב 60 מעלות צלזיוס, להסיר את שואב האבק, demold את למינציה ללא הפרדות צבע.
    הערה: כדי להעריך את השיפור באיכות הלוגן עקב הפעלת לחץ מגנטי, אנחנו המציא סדרת הלוגן באמצעות תהליך שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב מבלי להחיל לחץ חיצוני. האיכות של אלה הלוגן היה לעומת אלה שנעשו תחת לחץ מגנטי. כדי לבדות הלוגן באמצעות קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב עקבו שקית ואקום, צעדים 2.1.2 ל 2.15, מלבד המיקום של מגנטים. כדי להעריך את הדיר של כל תהליך ייצור, עשוי פלסטיק השני היה מפוברק בתנאים זהים.

3. מדידה של הלחץ דחיסת מגנטי

1. לצרף את הפלטה עד הסוף של התא עומס על כלי הבדיקה מכני.
2. מקום אחד N52 נאודימיום-ברזל-בורון מגנט קבוע בצלחת התחתונה מטלטלין, אשר ממוקם במרחק מספיק (לפחות 25 מ מ) מן העליון קבוע צלחת עם תחילת המבחן.
   הערה: למדידת כוח מגנטי, צלחות העליון והתחתון צריך להיות עשוי מחומר מגנטי כגון פלדה.
3. להזיז צלחת התחתון כלפי מעלה במהירות נמוכה של 1-2 מ מ/דקה לכיוון הפלטה ולהקליט את הכוח המגנטי שנוצר תוך כדי מדידת העקירה המתאימה מן לינארית משתנה דיפרנציאלית שנאי (LVDT) בקצב דגימה של 6 הרץ.
   הערה: (1) את המהירות של מבחן זה חיוני, כי הכוח שנוצר על ידי מגנטים אקספוננציאלית תלוי הפער אויר שביניהם. (2) כל המדידות מגנטי מבוצעות בטמפרטורת החדר.
4. נמשיך לעקוב הכוח המגנטי דחיסת עד המשטח העליון של המגנט נוגעת הפלטה.
5. לחשב את הלחץ דחיסת מגנטי על-ידי חלוקת הכוח המגנטי על-ידי האזור חתך הרוחב של המגנט.

4. שרף צרוב-off ו אנליזה תרמוגרווימטרית (TGA)

1. צריבה-off של שרף
   1. לחתוך 3 דגימות מכל למינציה עבור שרף לשרוף את מבחן על פי מפרט ASTM D2584-11⁴¹.
   2. למקם את הדגימה כל כור פורצלן נפרד ורשום את המשקולות של דגימות, כמו גם את כורי היתוך.
   3. מקם את כורי היתוך המכיל דוגמאות תנור, להדליק את הכבשן, להעלות את הטמפרטורה בתנור עד 600 מעלות צלזיוס, ולאפשר שרף צרוב-off במשך כ 4 שעות.
   4. לכבות את התנור, בזהירות לפתוח את דלת הכבשן, ולאפשר לו להתקרר לטמפרטורת החדר לפני הסרת את כורי היתוך.
   5. לאחר ירידת, להסיר את כורי היתוך מן הכבשן, שוקל את סיבי זכוכית התאושש.
      הערה: הסיבים עלולים לאבד משקל במהלך הצריבה-off שרף. הכמות של ירידה במשקל של סיבי כאשר הם נחשפים לטמפרטורות גבוהות יכול להיקבע על ידי אנליזה תרמוגרווימטרית (TGA).
2. אנליזה תרמוגרווימטרית (TGA)
   1. למדוד לירידה במשקל של סיבים כפונקציה של טמפרטורה באוויר בלחץ אטמוספירי באמצעות TGA עולה. במקום כ- 30 מ"ג של סיבי במחבת פלטינה, לטעון אותה לתוך המכשיר TGA.
   2. כבש את הטמפרטורה של 25 ° C עד 600 מעלות צלזיוס בקצב של 15 ° C/min, החזק את הטמפרטורה במשך 4 שעות ולאחר לחשב אחוז הפחתת משקל. אחוז אובדן משקל הסיבים התפקדו במהלך סיבים נפח שבר, חישובי נפח חלל השבר.
      הערה: על פי תוצאות הבדיקה TGA 600 מעלות צלזיוס, לירידה במשקל לארוג רגיל, מחצלת אקראי תבניות ייצרו מראש השתמשו במחקר זה הם 0.2% ו 5.46 אחוז, בהתאמה.

5. האין וחישוב סיבים נפח שבר

1. לקבוע את הצפיפות של הדגימה ללא הפרדות צבע, מטריקס, סיבים:
   1. להשתמש בשיטה ההשעיה⁴² לקביעת הצפיפות בצובר הדגימה ללא הפרדות צבע.
      הערה: עבור שיטה זו, נוזל כבד שקוף עם צפיפות של 2.49 גרם/ס"מ³ משמש כך הדגימה משולב צף בתחילה כשהוא שקוע בתוך הנוזל כבד.
      1. להפחית את צפיפות הנוזל כבד על ידי הוספת 3 מ ל מים, לערבב את הפתרון על ידי פלב-ראד 105 s^-1 עבור 5 דק. חזור על שלב זה עד הדגימה מרוכבים מתחילה להשעות לאט ומערבבים נוזל כבד/מים.
      2. ברגע צפיפות פתרון הותאם כך הדגימה נשאר מושעה בתערובת של נוזלים מים כבדים, למדוד צפיפות פתרון באמצעות כוס הסגולי.
   2. להכין חלל ריק ללא שרף דגימות באמצעות התרופה באותו מחזור שניתנו בשלבים 2.14 ו- 2.15, ולאחר מכן לקבוע את הצפיפות של דגימות שרף נרפא באמצעות ההליך אותו כמו 5.1.1.1 ו- 5.1.1.2.
      הערה: הצפיפות נרפא INF, דגימות EPON 1.152 ± 0.003 g/ס מ³ ו 1.171 ± 0.003 גרם/ס"מ³, בהתאמה.
   3. השתמש משורות-פלסטיק של חנקן⁴³ עם כוס ס מ-10³ כדי להשיג צפיפות סיבים.
      הערה: צפיפות לארוג רגיל ובדים mat אקראיים הם ± 2.600 0.003 גרם/ס"מ³ ו- 0.004 גרם/ס"מ 2.470 ±³, בהתאמה.
2. לחשב את השבר משקל של סיבים, שרף על פי ASTM D2584-11⁴¹.
3. לחשב את השבר נפח החלל וסיבים בעקבות הליכים ASTM D3171-15⁴⁴
   (1)
   (2)
   (3)
   איפה הוא השבר נפח שרף, הוא השבר נפח סיבים, הוא השבר נפח חלל, היא הצפיפות של קומפוזיט, היא הצפיפות של שרף, היא הצפיפות של סיבים, הוא לטעום משקל, ו של משקל סיבים.
   הערה: אי הוודאות עבור התוכן נפח חלל מחושבת להיות ±0.21%⁴⁵. רמת הדיוק הזו מספיקה הלוגן ללא הפרדות צבע, אפילו כאשר לרבד תוכן נמוך-חלל של פחות מ 1%.

6. סריקת הדמיה מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM)

1. לחתוך שני 25.4 מ מ × 6.4 מ מ דגימות מכל למינציה, להטביע אותם אקריליק רפיד-קיור עבור הדמיה SEM.
   הערה: דגימות מוטבעים כך השטח בצד (דרך--עובי המשטח) למינציה לאורך 25.4 מ מ מדגם חשוף עבור הדמיה.
2. השתמש במכונת ליטוש להבריק את פני השטח של דגימות ללא הפרדות צבע מוטבעים עם חצץ גדלים החל 30 מיקרומטר 0.04.
3. לרעוד. להוציא את המעיל כ 5 nm של זהב/פלדיום על גבי הדגימה מוכן לספק שכבת מוליך.
4. לטעון את הדגימה אל בעל מדגם והכניס אותו לתוך התא של-SEM.
5. להגדיר את תצורת ה-SEM הדמיה פרמטרים כגון מתח האצה ל-20 kV ואת המרחק עובד מ"מ 25.5.
6. לכידת תמונות מרובות של למינציה בגיל 35 X או הגדלה גבוהה יותר במקומות שונים.
   הערה: ההגדלה שנבחר מאפשר את ההערכה של חללים שטח חתך גדול, כמו גם השוואה חזותית של עובי למינציה. מדידות מדויקות של עובי למינציה יכול להתבצע באמצעות תמונות אלה.

7. אפיון של מאפייני Flexural

1. גזור קבוצה של שבעה 12.7 מ"מ דגימות רחב מ מורכב כל למינציה לבדיקות flexural כיפוף 3 נקודות על פי ASTM D790-15⁴⁶ באמצעות מסור יהלום-חצץ.
2. למדוד את רוחב ועובי של כל הדגימות עם caliper.
3. השתמש תקופה ליחס עובי של 24:1 ולהתאים את משך התמיכה של הנורה בדיקת כיפוף 3 נקודות. מקם את הדגימה האהיל השלשה כיפוף מבחן flexural שהתאסף באתר כלי בדיקות מכניות.
4. לבצע את הבדיקה flexural במהירות גלגל נוהג של 2 מ מ/דקה ולהקליט את אופן הפעולה של עומס-סטיה של הדגימה.
5. חזור על השלבים שלעיל עבור כל דגימות לאשר ולהבטיח הדיר של תוצאות.
6. לאחר סיום הניסוי, לחשב את עוצמת flexural, כמו גם מודולוס flexural של דגימות^39,40.

Results

כדי לחקור את השפעת MACM על איכות הלוגן, נחשבו מספר תרחישים להשתמש בסוגי בדים שונים, שרף מערכות. טבלה 1 דוחות שתהליך הייצור ומרכיבים ללא הפרדות צבע של 6-רובדי, E-זכוכית אפוקסי הלוגן מורכב מיוצרים תרחישים שונים פבריקציה נוספת מתחת לגיל שש. בתרחישים בסיסית (W-PW-INF, W-RM-INF ו- W-RM-EPON), הלוגן מיוצרים על ידי והופה רטוב שקית ואקום ללא לחץ חיצוני. התרחישים שלושה אחרים (WM-PW-INF, WM-RM-INF ו- WM-RM-EPON) משמשים כדי לפברק והופה רטוב הלוגן שקית ואקום בלחץ דחיסת מגנטי. האיכות של אלה הלוגן אז לעומת אלה שנעשו על ידי התרחישים בסיסית. בתרחישים הראשון והשני, W-PW-INF ו- WM-PW-INF, לארוג רגיל E-זכוכית/INF הלוגן מיוצרים. בתרחישים השלישית והרביעית, W-RM-INF ו- WM-RM-INF, בד לארוג רגיל מוחלף מחצלת אקראי, ומשמש שרף אותה מערכת (קרי, INF). בתרחישים החמישית והשישית, W-RM-EPON ו- WM-RM-EPON, הבד הוא E mat אקראי-זכוכית, בעוד המערכת שרף מוחלף EPON אשר יש צמיגות גבוהה למדי 766.9 mPa s לעומת 296 mPa s עבור INF שרף. ניתן למצוא ניתוח מפורט יותר של התרחישים ארבע Pishvar et al. . 2017, Amirkhosravi et al. 2017^38,39.

איור 2a מציג את הלחץ מגנטי שנוצר על ידי NdFeB, N52-2.54 × 1.27 × 2.54 ס מ מגנט³ כפונקציה של המרחק בין מגנט פלדה. במרחק הזה שיתאימו העובי והופה במהלך ייצור למינציה ללא הפרדות צבע, ובכך יכול לשמש כדי לקבוע את הווריאציה של הלחץ דחיסת שהחיל את המגנטים. שיבוץ איור 2 א מראה תמונה של הסידור ניסיוני. למדידת הווריאציות של הלחץ מגנטי כפונקציה של מרחק. כפי שהוסבר בסעיף 3 של הפרוטוקול, הסידור כוללת שני לוחות פלדה מקבילים (12.5 ס"מ × 12.5 ס"מ × 1.8 ס מ). הפלטה מחובר העומס-תא 4.45 kN (1000 ליברות). צלחת התחתון מורכב על הצלב-ראש מכשיר הבדיקה מכני. באמצעות זה, כוח המשיכה של המגנט הקבוע מונחת צלחת התחתון נמדד כפונקציה של הפער (קרי, המרחק בין המגנט הפלטה פלדה). הקו המקווקו באיור 2 א מייצג את הלחץ מגנטי נמדד (כוח על פני השטח של המגנט) על ידי מכשיר הבדיקה מכני, הקו המלא ומייצג את הלחץ נקבע מתוך הנתונים שסופקו על-ידי הספק של המגנטים. יש הסכם טוב בדרך כלל בין הלחץ נמדדו הערכים שהתקבלו מתוך גליון נתונים טכניים הניתנים על ידי הספק. זה נראה כי העלייה בלחץ מגנטי תלויה בצורה אקספוננציאלית צמצום הפער. לכן, כפי לרבד איחוד במהלך תהליך ריפוי, עובי והופה פוחתת בהדרגה, כתוצאה מכך, מגבירה הלחץ המופעל על-ידי המגנט. איור 2b מציג את אותם נתונים ניסיוני המוצג באיור 2 א, אבל עבור טווח הפער (קרי, והופה עובי) 1-4.5 מ מ. בנוסף, הלחץ מגנטי התחלתי וסופי חלה במהלך התרופה של הלוגן מורכב מסוגי בדים שונים (קרי, לארוג רגיל ו מחצלת אקראי) והיא מערכות שרף (קרי, INF ו- EPON) מוצגים באיור 2b. עובי והופה לארוג רגיל/INF הלוגן (WM-PW-INF) במהלך גיבוש יורדת מ- 1.5 מ מ עד 1.4 מ מ בשל יצוא שרף ולריפוי. לפיכך, הלחץ מגנטי מעט עולה מ- 0.38 ל 0.39 MPa. עובי המזרן אקראית/INF והופה פלסטיים שינויים (WM-RM-INF) מ מ מ 2.8 1.7 מ"מ ו כתוצאה מכך, הלחץ מגנטי מגביר באופן משמעותי מ- 0.27 כדי 0.36 מגפ ס. עובי והופה הלוגן עם מחצלת אקראית/EPON (WM-RM-EPON) יורדת מ- 3.7 מ מ- 2.5 מ מ, לפיכך, הלחץ שנוצר בינוני עולה מ- 0.22 0.29 MPa.

בטבלה 2 מציג את עובי ממוצע סיבים שבר נפח, נפח חלל שבריר הלוגן מיוצרים עם ובלי לחץ איחוד מגנטי. כפי שמוצג בטבלה 2, ניצול לחץ הדחיסה מגנטי משמעותי מפחית העובי הממוצע של הלוגן 12-47%. כצפוי, הוא הקטנת עובי למינציה חריפה מתואם עם העלייה השבר נפח סיבים של הלוגן, היכן השבר נפח סיבים של הלוגן משפר באופן משמעותי ב- 13-98% בלחץ מגנטי. בין כל התרחישים, ההשפעה של הפעלת לחץ מגנטי על מחצלת אקראית/INF הלוגן מודגש יותר (קרי, 98% עלייה סיבים נפח שבר) עקב שני גורמים: (1) שבריר נמוך משמעותית של נפח סיבים הראשונית של uncompacted למינטים mat אקראיות לעומת הלוגן לארוג רגיל, ו- (2) השימוש של שרף עם צמיגות נמוכה של 296 s mPa, ובכך לאפשר הסרה קלה של שרף עודף. זה גם ראוי לציון כי הפעלת לחץ מגנטי יש יתרון נוסף ומקטין את נפח חלל חלק הלוגן מ 3.4-5.8% ל- 1.5-2.7%. לפיכך, הלחץ מגנטי כוננים לא רק עודף שרף, אלא גם חללים מחוץ לרבד.

איור 3 מציג תמונות SEM של E-זכוכית אפוקסי פלסטיים מיוצרים תחת 6 תרחישים שונים בהגדלה X 35. לשם השוואה חזותית קלה, הדימויים הלוגן ללא לחץ חיצוני מוצגים בצד השמאל, הלוגן לפי דחיסת מגנטי מוצגים בצד הימין. מתמונות אלה, זה ניכר כי ניצול הלחץ דחיסת מגנטי מתבטא הרבה-משופרת איחוד בין עננים נים ומוביל, כתוצאה מכך, הפחתה משמעותית בתחומים עתירי שרף. כתוצאה מכך, עובי למינציה פוחת במידה ניכרת, השבר נפח הסיבים הוא גדל, ובמיוחד הלוגן עשוי בד mat אקראי INF שרף (WM-RM-INF). תמונות אלה גם מראים כי המורפולוגיה של חללים הוא די שונה הלוגן מורכב עם ללא לחץ חיצוני. הפעלת לחץ מגנטי מפחיתה את מספר חללים והופכת חללים קטנים יותר, מובילה לשבר נפח חלל נמוך ב הלוגן. לבסוף, דחיסת חללים הממוקמים בין עננים נים מוביל יותר מאורך חללים.

טבלה 3 מציגה את כוח flexural מודולוס של כל למינטים ומצעים אחוז העליה במאפייני flexural הלוגן גרם בלחץ איחוד מגנטי. התוצאות מראות בבירור הכוח flexural ואת מודולוס של הלוגן לשפר באופן משמעותי על ידי ניצול הלחץ מגנטי. גידול של-98% בשבריר נפח סיבים מחצלת אקראית/INF הלוגן (WM-RM-INF), בעוד שיש תוכן חלל מינימלי של 1.46%, סיבות 62% ו- 67% עלייה הכוח flexural ואת מודולוס של הלוגן, בהתאמה. כמו שציפיתי, לארוג רגיל/INF הלוגן (WM-PW-INF) אשר בתחילה הציג שיפור הנמוך של 13% סיבים נפח שבר, הראה העלייה הנמוך ביותר, 7%, 22%, כוח flexural, המודולוס, בהתאמה. כתוצאה מכך, השיפור במאפייני flexural מגוון רחב של הלוגן מורכב עשוי בלחץ איחוד מגנטי מוכיח את היכולת של MACM כדי לשפר את האיכות הכולל למינציה.

ייצור תרחיש	סוג הבד	מערכת שרף	תהליך הייצור
W-PW-INF	לארוג רגיל E-זכוכית	INF	שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב ללא שימוש ללחץ חיצוני
WM-PW-INF	לארוג רגיל E-זכוכית	INF	שקית ואקום והופה רטוב עם באמצעות איחוד מגנטיים לחץ
W-RM-INF	מחצלת אקראי E-זכוכית	INF	שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב ללא שימוש ללחץ חיצוני
WM-RM-INF	מחצלת אקראי E-זכוכית	INF	שקית ואקום והופה רטוב עם באמצעות איחוד מגנטיים לחץ
W-RM-EPON	מחצלת אקראי E-זכוכית	EPON	שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב ללא שימוש ללחץ חיצוני
WM-RM-EPON	מחצלת אקראי E-זכוכית	EPON	שקית ואקום והופה רטוב עם באמצעות איחוד מגנטיים לחץ

טבלה 1: פרטים של המרכיבים, ייצור שישה תרחישים המשמש בייצור של 6-רובדי הלוגן ללא הפרדות צבע.

תרחיש פבריקציה נוספת	עובי ממוצע (מ מ)	סיבים נפח שבר (%)	לודיג סיבים נפח שבר (%)	נפח חלל השבר (%)	צמצום נפח חלל השבר (%)
W-PW-INF	0.98 ± 0.01	45.65 ± 0.82	―	3.44 ± 0.46	―
WM-PW-INF	0.86 ± 0.01	51.63 ± 0.87	13	1.74 ± 0.39	49
W-RM-INF29	2.28 ± 0.04	24.84 ± 1.14	―	5.09 ± 0.69	―
WM-RM-INF29	1.21 ± 0.01	49.10 ± 0.87	98	1.46 ± 0.24	71
W-RM-EPON30	3.18 ± 0.01	17.34 ± 0.84	―	5.81 ± 1.24	―
WM-RM-EPON30	1.99 ± 0.03	26.88 ± 1.99	55	2.71 ± 0.36	53

בטבלה 2: עובי ממוצע סיבים שבר נפח, נפח חלל שבריר הלוגן 6 רובדי מיוצרים תרחישים שונים מתחת לגיל שש. הגדלת אחוז סיבים נפח שבר ואחוז צמצום נפח חלל השבר עקב דחיסת מגנטי (n = 6 סיבים שבר נפח, נפח חלל שבר ו- n = 35 עבור הממוצע למינציה עובי; 95% מרווחי ביטחון עבור כל הנתונים)? גם נתן.

תרחיש פבריקציה נוספת	כוח flexural (MPa)	להגדיל את כוח flexural (%)	מודולוס flexural (ממוצע ציונים)	לודיג flexural מודולוס (%)
W-PW-INF	638.9 ± 27.0	―	24.1 ± 0.5	―
WM-PW-INF	681.1 ± 35.5	7	29.5 ± 0.9	22
W-RM-INF29	218.9 ± 11.4	―	8.4 ± 0.3	―
WM-RM-INF29	354.6 ±15.5	62	14.0 ± 0.8	67
W-RM-EPON30	158.1 ± 8.9	―	6.8 ± 0.1	―
WM-RM-EPON30	253.5 ± 20.1	60	9.9 ± 0.6	46

טבלה 3: כוח Flexural, מודולוס את הלוגן מורכב ואת האחוז להגדיל במאפייני flexural עקב דחיסת מגנטי (n = 7 עבור הלוגן שנעשו על ידי EPON ו- n = 14 את השאר; 95% מרווחי ביטחון עבור כל הנתונים).

איור 1: סכימטי מפושטת של הכנת הפרדות והופה ויישום של לחץ מגנטי, כפי שמתואר בסעיף פרוטוקול. למטרה זו, NdFeB עשרים וחמש, N52-2.54 × 2.54 × 1.27 ס"מ³ קבועים magnets מנוצלים כדי למרוח את הלחץ איחוד והופה ללא הפרדות צבע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2: (א) וריאציה של הלחץ מגנטי שנוצר על ידי NdFeB, N52-2.54 × × 2.54 1.27 ס"מ³ מגנט כפונקציה של הפער (קרי, והופה עובי). שיבוץ מראה תמונה של הסידור ניסיוני. למדידת הלחץ מגנטי. (b) התחלתי וסופי מגנטי הלחץ שהופעל במהלך לריפוי לארוג רגיל/INF (WM-PW-INF) mat/INF(WM-RM-INF) אקראיים, הלוגן (WM-RM-EPON) שטיח/EPON אקראיים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 3: תמונות SEM של הלוגן ללא הפרדות צבע E-זכוכית אפוקסי 6 רובדי מפוברק באמצעות תהליך שקית ואקום והופה רטוב עם וללא שימוש בלחץ מגנטי. (א) W-PW-INF (למינציה לארוג רגיל/INF, ללא לחץ חיצוני), (b) WM-PW-INF (למינציה לארוג רגיל/INF, עם לחץ מגנטי), (ג) W-RM-INF (למינציה מחצלת אקראית/INF, ללא לחץ חיצוני), (ד) WM-RM-INF ( מחצלת אקראית/INF למינציה, עם לחץ מגנטי), (ה) W-RM-EPON (אקראי מחצלת/EPON למינציה, ללא לחץ חיצוני), ו- (נ) WM-RM-EPON (אקראי מחצלת/EPON למינציה, עם לחץ מגנטי). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

היישום של לחץ קונסולידציה גבוהה במהלך התרופה של עשוי פלסטיק ללא הפרדות צבע חשוב במיוחד לייצור חלק ללא הפרדות צבע באיכות גבוהה⁴⁷. אם הלחץ החיצוני אינו מוחל למינציה נרפאה רק תחת ואקום, החלק האחרון בדרך כלל יכיל תוכן חלל גבוה, ואולי העולה על 5% על-ידי אמצעי האחסון ולאחר שרף לא רצויים אזורים עשירים⁴⁸. תוכן void גבוהה, סיבים נמוכה נפח שבר ואזורי שרף עשיר גורמים להשפיע לרעה על התכונות המכאניות של הלוגן ללא הפרדות צבע. בעבודה זאת, טיפול נסיוני הפעלת לחץ קונסולידציה גבוהה במהלך לרפא עשוי פלסטיק בתהליך שקית ואקום והופה רטוב הוא תיאר²⁹. בטכניקה זו, ראשית, והופה ללא הפרדות צבע מוגש על צלחת כלי התחתון מגנטי לפי תהליך שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב. לאחר מכן, קבוצה של קבועים magnets, המצורפת צלחת פלדה העליון מגנטי, מושם על שואב האבק. במחקר זה, יוחלו מגנטים תוך הגדלת הטמפרטורה והופה עד 60 ° צלזיוס, איפה צמיגות שרף פוחתת באופן משמעותי. הפעלת לחץ בזמן אחר, כגון הנקודה gelation, ייתכן התשואה. בשירותים עם מאפיינים שונים-^13,-^40,-⁴⁹ רמת הלחץ מגנטי יישומית תלוי הפער בין הצלחת התחתונה מגנטי מגנטים. לפיכך, אנו מציגים את הליך למדידת לחץ מגנטי שנוצר על ידי מגנט כפונקציה של הפער (קרי, והופה עובי).

כדי לקבוע את היעילות של MACM, רטוב והופה הלוגן שקית ואקום עם המרכיבים השונים גשמי מיוצרים באמצעות שישה תרחישים עם ובלי לחץ הדחיסה מגנטי. לאחר מכן, נדגים את השלבים המפורטים פלואורסנציה שברים נפח החלל וסיבים, מיקרו, ומאפייני flexural של הלוגן ללא הפרדות צבע. כדי להעריך את נפח שברים של המרכיבים ללא הפרדות צבע, שרף-הכוויה ההשעיה. השיטות שימוש⁴²לסירוגין. התוצאות שהוצגו להראות כי באמצעות דחיסת מגנטיים לחץ משמעותי מגבירה את השבר נפח סיבים, הקטנת הריק מתוכן החלקים. בנוסף, לניתוח microstructural של הפרדות צבע, סריקת הדמיה מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM), והם נותן תובנה המיקום ותכונות גיאומטרי של חללים¹⁵. לדוגמה, איור 3 מראה השימוש לחץ מגנטי במהלך הריפוי הוא גם מועיל בהפחתת גודל והן מספר חללים, ולכן מקטין את ההסתברות של^20,מוקדמת כשל²⁴. כתוצאה מכך, גורמים אלה לשפר במידה רבה את מאפייני flexural הלוגן. עם זאת, האפקטיביות של MACM שונה בהתאם לסוג של המרכיבים ללא הפרדות צבע (סיבים ושרף).

למרות פבריקציה נוספת של הלוגן בשיטה זו היא פשוטה, יש לנקוט במהלך הסידור והמיקום של קבועים magnets כפי שהם יוצרים לחץ גבוה מאוד (קרי, בלחץ המרבי של 0.64 מגפ ס). המגבלה של שיטה זו היא כי צלחת כלי התחתון צריך להיות מגנטי, כגון נירוסטה 400-series, זה חייב להיות קבוע נגד התנועה לפני השמה של מגנטים,. כי כוח משיכה מגנטי עשוי להעביר משמרת את הצלחת כלפי מעלה. בנוסף, הלחץ שהוחלו על ידי מגנטים תלוי בעובי למינציה. לדוגמה, NdFeB, N52-2.54 × 2.54 × 1.27 ס"מ³ קבועים magnets אינם מסוגלים לייצר לחץ קונסולידציה גבוהה (> 0.1 MPa) כאשר העובי והופה מרוכבים חורג 6.5 מ מ. במקרה זה, מגנטים חזקים יותר צריך להיות מנוצל כדי להשיג רמות קונסולידציה גבוהה.

השיטה הציג נוח לשימוש ויש לו היתרון על פני תאי לחץ כי הוא אינו דורש ציוד יקר ו- tooling. אמנם לא הובהר כאן, שיטה זו ישימה באופן כללי אלא גם שקית ואקום והופה רטוב אלא גם לתהליכים אחרים ייצור להגהות, כגון out-של-החיטוי ריפוי של prepregs והעברת שרף בסיוע ואקום צורניים (VARTM). יתר על כן, רכיבים מורכבים גדולים יכול להיות מפוברק בקלות יחסית על ידי הזזה את המגנטים לאורך שואב האבק אם סיכה מתאים משמש בין המגנטים שואב האבק. בנוסף, למיטב ידיעתנו, זו השיטה היחידה אשר מאפשרת הפעלת לחץ מקומי, כמו גם לא אחידה והופה ללא הפרדות צבע. כיוון עתידי של שיטה זו היא לייצר חלקים מרוכבים גיאומטריים מורכבים, אבל במקום הנחת את המגנטים על צלחת שטוחה, הם יוטלו על תבנית מתאימים, העליון.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
סיבי זכוכית באריגה רגילה	Hexcel	HexForce 3733	ניתן להחליף את סוג הסיבים בכל סוג של בדים
סיבי זכוכית קצוצים בכיוון אקראי	Fiberglast	248
TenCate EX-1522/IM7	Tencate		זהו אריגה רגילה פחמן/אפוקסי prepreg
PRO-SET INF-114 עירוי אפוקסי	מרוכב חזיונות	1758	ניתן להחליף את סוג השרף בכל סוג של שרף המתאים לתהליך שקית ואקום רטובה
PRO-SET INF-211 Medium Infusion Hardener	Composite Envisions	1760
EPON 862	Hexion Inc.
סוכן ריפוי EPIKURE 3300	Hexion Inc.
NdFeB, N52-2.54 ופעמים; 2.54 ופעמים; 1.27 סמ"ק	K& ג'יי מגנטיקס, בע"מ	BX0X08-N52	סוג בהתאם ללחץ וליישום הנדרשים
חותך סיבובי OLFA	Fibre Glast	1706-A
סרט דביק	De-Comp Composites	D413Y
סרט פוליאסטר	De-Comp חומרים מרוכבים	D574A
מגבונים	סיבים	62-A	ניתן להשתמש
בכל סוג של מגבוניםרולר	De-Comp מרוכבים	D205	ניתן להשתמש בכל סוג של גלילים מצופה
PTFE  יריעות בד פיברגלס	McMaster-Carr Supply Company	8577K81
PTFE שחרור חומר סיכה יבש	Miller-Stephenson MS122AD
סרט שחרור מחורר	Fibre Glast	1787-C
בד נשימה	De-Comp חומרים מרוכבים
ואקום  תיק  סרט	רוק ווסט מרוכב	WRIGHTLON 7400
שסתום ואקום נעילת טוויסט אלומיניום	De-Comp Composites	D401
משאבת ואקום	התמורה הטובה ביותר Vacs	BVVRS1
יריעות חום גמישות מסיליקון-גומי, גיבוי דבק	McMaster-Carr Supply Company	35765K429
לוח פלדה מסדרת 400, עובי			ההנחה היא מוכן על צלחת פלדה זו
, בעובי			המגנטים מחוברים לצלחת זו
יריעת אלומיניום, מערבל
	Caframo
משקל
AccuPyc II 1340 פיקנומטר גז אוטומטי	Micromeritics Instrument Corporation	134/00000/00
משקל סגולי, 83.2 מ"ל	Gardco	EW-38000-12
שרף הרכבה קרה אקרילי	Struers	LevoCit
מטחנה/מלטש	Struers	LaboSystem
, 30 מ"ל	United Scientific Supplies	JCT030
כוסות פלסטיק, 12 אונקיות, שקוף			הוא משמש ככוסות ערבוב אפוקסי