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Engineering

चुंबक सहायता मिश्रित विनिर्माण: वैक्यूम बैग में उच्च समेकन दबाव को प्राप्त करने के लिए एक लचीली नई तकनीक/

Published: May 17, 2018 doi: 10.3791/57254
Automatic Translation
*1, *1, 1
1School of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Oklahoma
* These authors contributed equally

Summary

वैक्यूम बैग पर समेकन दबाव लागू करने के लिए एक नई तकनीक का निर्माण करने के लिए समग्र फाड़ना बनाना है वर्णन किया गया है । इस प्रोटोकॉल के लक्ष्य के लिए एक सरल, लागत प्रभावी तकनीक के लिए गीले रखना-अप वैक्यूम बैग विधि द्वारा गढ़े टुकड़े की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए विकसित करने के लिए है ।

Abstract

यह काम एक प्रोटोकॉल को प्रदर्शित करता है समग्र गीला रखना-अप वैक्यूम बैग हाल ही में विकसित चुंबक सहायता मिश्रित विनिर्माण (MACM) तकनीक का उपयोग करने की प्रक्रिया के रूप में गढ़े के टुकड़े की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए । इस तकनीक में, स्थाई मैग्नेट इलाज चरण के दौरान एक पर्याप्त उच्च समेकन दबाव लागू करने के लिए उपयोग किया जाता है । चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता को बढ़ाने के लिए, और इस प्रकार, चुंबकीय संकुचन दबाव बढ़ाने के लिए, मैग्नेट एक चुंबकीय शीर्ष प्लेट पर रखा जाता है । सबसे पहले, समग्र तैयार करने की पूरी प्रक्रिया एक चुंबकीय नीचे स्टील प्लेट पर पारंपरिक गीला रखना अप वैक्यूम बैग प्रक्रिया का उपयोग कर वर्णित है । दूसरा, Neodymium-आयरन-बोरान स्थाई मैग्नेट का एक सेट के स्थान, बारी ध्रुवीयता में व्यवस्थित, वैक्यूम बैग पर सचित्र है । अगला, चुंबकीय संपीड़न दबाव और समग्र घटकों की मात्रा अंश को मापने के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं प्रस्तुत कर रहे हैं । अंत में, microstructure और संमिश्र टुकड़े के यांत्रिक गुणों की विशेषता के लिए इस्तेमाल किया तरीकों पर विस्तार से चर्चा कर रहे हैं । परिणाम गीला रखना-अप वैक्यूम बैग फाड़ने की गुणवत्ता में सुधार लाने में MACM विधि की प्रभावशीलता को साबित । इस विधि टूलींग या उपकरण के लिए बड़े पूंजी निवेश की आवश्यकता नहीं है और यह भी वैक्यूम बैग पर तैनात एक मिलान शीर्ष मोल्ड पर मैग्नेट रखकर ज्यामितीय जटिल समग्र भागों को मजबूत करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Introduction

फाइबर प्रबलित पॉलिमर कंपोजिट व्यापक रूप से मोटर वाहन1,2, एयरोस्पेस3,4, समुद्री5,6, और निर्माण7,8 में इस्तेमाल किया गया है क्योंकि उच्च विशिष्ट शक्ति और मापांक, अनुकूल थकान व्यवहार, और संक्षारण प्रतिरोध के रूप में उनके अद्वितीय गुणों की इंडस्ट्रीज । वर्तमान में, उच्च गुणवत्ता वाले समग्र टुकड़े मुख्य रूप से निर्मित कर रहे है पूर्व गर्भवती कपड़े की परतों का उपयोग (prepreg) ऊंचा तापमान और 0.27-0.69 MPa (40-100 psi)9के उच्च समेकन के दबाव के तहत एक आटोक्लेव में ठीक । कुछ हद तक कम गुणवत्ता मिश्रित टुकड़े गीले करना प्रक्रिया है, जहां एक उच्च समेकन दबाव लागू नहीं किया जाता है द्वारा उत्पादित कर रहे हैं । इस प्रक्रिया के श्रम गहन है, महंगा उपकरण की आवश्यकता नहीं है, और एक सांचे में ढालना पर शुष्क कपड़े के एक प्लाई रखने और बाद में राल लागू करने के द्वारा किया जाता है । सबसे अनुप्रयोगों में, एक हाथ से आयोजित रोलर फाइबर सुदृढीकरण में राल बल और अतिरिक्त राल बाहर निचोड़ करने के लिए प्रयोग किया जाता है । इस अनुक्रम वांछित मोटाई प्राप्त की है जब तक दोहराया है । गीले गृहस्थ द्वारा उत्पादित टुकड़े की गुणवत्ता बहुत निर्वात का एक संयोजन लागू करने के द्वारा सुधार किया जा सकता है (गीला रखना-वैक्यूम बैग प्रक्रिया कहा जाता है) और इलाज के दौरान एक आटोक्लेव में एक अतिरिक्त समेकन दबाव । इलाज के दौरान उच्च समेकन दबाव लागू करने राल प्रवाह की सुविधा, फाइबर मात्रा अंश में वृद्धि करने के लिए अग्रणी है और रिक्तियों का एक हटाने के लिए10,11 जो यांत्रिक गुणों की वृद्धि में परिणाम. अब्राहम एट अल. 12 से पता चला है कि उच्च गुणवत्ता वाले सादे बुनाई ई-कांच समग्र एक उच्च फाइबर मात्रा अंश के साथ के रूप में लगभग ६४% और कम शूंय १.६% की मात्रा अंश गीला रखना-वैक्यूम बैग का उपयोग कर गढ़े जा सकता है जब १.२ MPa के एक समेकन दबाव है एक आटोक्लेव में लागू किया ।

रिक्तियों में से एक है सबसे आम दोषों के निर्माण के दौरान गठन कर रहे है कि समग्र फाड़ना । कई सौ माइक्रोन के लिए कुछ माइक्रोन से लेकर अशक्तों मुख्य रूप से फंस हवा के कारण बना रहे हैं, राल में नमी भंग, और इलाज के दौरान वाष्पशीलता निष्कासित कर दिया13,14,15. इसके अलावा, रेशेदार सुदृढीकरण की गर्भवती की गतिशीलता शूंय फंसाने16,17पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव है पाया जाता है । यह व्यापक रूप से स्वीकार कर लिया है कि एक मिश्रित टुकड़े करने में अशक्तता की उपस्थिति ताकत13,18,19, मापांक20,21, फ्रैक्चर की एक पर्याप्त कमी करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं 22क्रूरता, और थकान जीवन23,24 फाड़ने की । उदाहरण के लिए, Judd और राइट25 पाया गया कि शूंय सामग्री में प्रत्येक 1% वृद्धि (अप करने के लिए 4%), कम बीम कतरनी गुणों में एक लगभग 7% ड्रॉप में परिणाम । इसके अलावा, Ghiorse26 में पाया गया कि, कार्बन/epoxy कंपोजिट, शूंय सामग्री में प्रत्येक 1% वृद्धि के लिए, interlaminar कतरनी और वंक शक्ति में एक 10% कमी और वंक मापांक में एक 5% कमी देखा जा सकता है । इसके अलावा, शूंय दरार दीक्षा और प्रचार के साथ ही नमी अवशोषण27,28पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है । यह अच्छी तरह से ज्ञात है कि उच्च शूंय सामग्री के साथ फाड़ना के लिए नमी अवशोषण की दर अधिक है, और अवशोषित नमी फाइबर मैट्रिक्स इंटरफ़ेस और अवर दीर्घकालिक यांत्रिक गुणों की गिरावट का कारण हो सकता है29, 30,31,३२. इस प्रकार, यांत्रिक गुणों की निरंतरता को सुनिश्चित करने और समग्र उत्पादों की उच्चतम गुणवत्ता को प्राप्त करने के लिए, शूंय सामग्री को कम किया जाना चाहिए ।

हालांकि एक आटोक्लेव में एक समग्र टुकड़े का इलाज विश्वसनीय, उच्च गुणवत्ता वाले भागों का उत्पादन, उत्पाद लागत प्रारंभिक पूंजी निवेश और अत्यधिक ऊर्जा के उपयोग के कारण उच्च होगा । आटोक्लेव इलाज के अलावा, इस तरह के निर्वात असिस्टेड राल स्थानांतरण मोल्डिंग (VARTM) और Quickstep प्रक्रिया के रूप में तकनीक की एक विस्तृत विविधता विकसित किया गया है और आटोक्लेव३२,३३से बाहर समग्र टुकड़े निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया, ३४ , ३५ , ३६. हालांकि, एक समान, उच्च दबाव के अभाव के कारण, इन तरीकों से उत्पादित टुकड़े अक्सर आटोक्लेव३७में किए गए लोगों की तुलना में कम यांत्रिक गुण है । हाल ही में, एक उपंयास तकनीक के रूप में निर्दिष्ट चुंबक सहायता मिश्रित विनिर्माण (MACM) एक समेकन उच्च शक्ति स्थाई का एक सेट द्वारा उत्पंन दबाव लागू करने के द्वारा गीला रखना अप वैक्यूम बैग समग्र टुकड़े की गुणवत्ता में सुधार के लिए उपयोग किया गया है मैग्नेट३८,३९. इस तकनीक के आवेदन तो उच्च गुणवत्ता का उत्पादन करने के लिए विस्तारित किया गया था, संरचनात्मक समग्र एक आटोक्लेव के बाहर फाड़ने का उपयोग कर एक हाई-तापमान स्थायी मैग्नेट४०.

इस पत्र में, MACM तकनीक का उपयोग कर गीला रखना अप वैक्यूम बैग मिश्रित टुकड़े निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है । MACM में, Neodymium-आयरन-बोरान स्थाई मैग्नेट इलाज के दौरान पर्याप्त रूप से उच्च समेकन दबाव लागू करने के लिए उपयोग किया जाता है, और इस प्रकार, फाड़ना की गुणवत्ता में सुधार होगा । सबसे पहले, 6 की तैयारी-प्लाई, सादा बुनाई ई-कांच/एक नीचे स्टील प्लेट पर रखना है वर्णित है । फिर, एक शीर्ष स्टील प्लेट पर ध्रुवीय बारी में स्थाई मैग्नेट की व्यवस्था का प्रदर्शन किया है, वैक्यूम बैग पर अपनी नियुक्ति के साथ समग्र पर एक समेकन दबाव लागू करने के लिए । अंत में, हम चुंबकीय संपीड़न दबाव के माप के लिए कदम रूपरेखा, साथ ही साथ शूंय और फाइबर की मात्रा भिंन, microstructure, और समग्र फाड़ना के यांत्रिक गुणों के लक्षण वर्णन के लिए इस्तेमाल किया तरीकों । MACM प्रक्रिया की प्रभावशीलता गीला करना-अप वैक्यूम बैग चुंबकीय दबाव के तहत बनाया फाड़ने और मैग्नेट के बिना पारंपरिक गीला रखना अप वैक्यूम बैग द्वारा गढ़े उन लोगों के लिए उनकी संपत्तियों की तुलना द्वारा जांच की है । परिणाम प्राप्त समग्र फाड़ना गुणवत्ता में सुधार करने के लिए MACM विधि की क्षमता साबित । इस विधि के एक कम लागत और सरल तरीके से उच्च गुणवत्ता के टुकड़े निर्माण के विनिर्माण और रिश्तेदार आसानी के साथ बड़े और ज्यामितीय जटिल समग्र घटकों बनाना लागू किया जा सकता है ।

Protocol

सावधानी: उपयोग से पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट (MSDS) से परामर्श करें । व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, लैब कोट, पूर्ण लंबाई पैंट, और बंद पैर के जूते) का उपयोग करें ।

1. सामग्री

  1. कट एक रोटरी कपड़े कटर के साथ २०.३ सेमी х १५.२ सेमी, सादे बुनाई गिलास कपड़े के 6 plies ।
    नोट: सादे बुनाई कपड़े गैर बुना, यादृच्छिक मैट सहित अन्य कपड़े प्रकार के द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है. कार्बन फाइबर भी इस विधि में इस्तेमाल किया जा सकता है ।
  2. पहले epoxy राल, inf (४० g), एक धड़ा संतुलन पर वजनी द्वारा राल प्रणाली तैयार है, और फिर कठोर, inf (१०.९६ g) जोड़ने, १०० २७.४ के लिए एक वजन अनुपात का उपयोग कर । (5 मिनट के लिए) पूरी तरह से फैलाव तक पहुंच गया है जब तक (३७ रेड एस-1पर) राल हिलाओ/
    नोट: (1) राल के प्रकार गीला रखना अप वैक्यूम बैग प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त राल के किसी भी प्रकार के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है । (2) epoxy राल के चयन करने के लिए कठोर अनुपात राल और कठोर संयोजन पर निर्भर है । (3) राल के वजन का चयन/समाप्त भाग की वांछित फाइबर मात्रा अंश पर निर्भर करता है और इस तरह राल बाहर खून बह रहा की राशि के रूप में उम्मीद बर्बाद राशि, ब्रश पर राल शेष, आदि. 6-कपड़े के plies के वजन को ध्यान में रखते लगभग ३४ जी, ६० के फाइबर अनुपात को राल के लिए ४०, वजन से, चुना गया था ।
  3. राल जाल में राल (लगभग 15 मिनट) Degas सभी फंस epoxy राल और कठोर के मिश्रण के दौरान गठित हवा को दूर करने के लिए ।

2. समग्र निर्माण एक गीले रखना अप वैक्यूम बैग प्रक्रिया में चुंबकीय दबाव का उपयोग

नोट: चित्रा 1 समग्र रखना और चुंबकीय दबाव है, जो वर्गों 2.1-2.15 में वर्णित है की तैयारी की एक सरलीकृत योजनाबद्ध दिखाता है ।

  1. प्रयोग के लिए आवश्यक सभी सामग्री तैयार करें:
    1. पच्चीस N52 Neodymium-आयरन-बोरान (NdFeB) स्थायी मैग्नेट (२.५४ सेमी लंबाई, २.५४ सेमी चौड़ाई, और १.२७ सेमी मोटाई), उनकी मोटाई के माध्यम से चुंबकीय, एक ४.७६ mm-मोटी स्टील टॉप प्लेट पर रखें । ध्रुवीयता बारी में 5 × 5 वर्ग विन्यास में मैग्नेट की व्यवस्था. व्यवस्था और स्थायी मैग्नेट की नियुक्ति के दौरान, देखभाल के रूप में वहाँ चोट का खतरा है लिया जाना चाहिए ।
    2. एक ०.३ mm-मोटी एल्यूमीनियम caul प्लेट (२०.३ х १५.२ cm2) एक छिद्रित रिलीज फिल्म के बीच में बिल्कुल PTFE रिलीज एजेंट के साथ पूर्व लेपित (२६.७ х २१.६ cm2) प्लेस ।
    3. रिलीज फिल्म के लिए caul प्लेट की परिधि टेप करने के लिए १२.७ मिमी चौड़ा पॉलिएस्टर टेप का उपयोग करें.
  2. एक ६.३५ mm-मोटी, ६१.० × ६१.० सेमी2, स्टील नीचे उपकरण प्लेट की सतह पर एक ४३.२ × २७.९ cm2 क्षेत्र की परिधि के आसपास एक १२.७ मिमी चौड़ा चिपचिपा टेप प्लेस ।
  3. कपड़े बिछाने से पहले, उपकरण प्लेट पर राल का एक कोट लागू, गैर-असुरक्षित PTFE लेपित शीसे रेशा रिलीज फिल्म (७६ µm-मोटी) की एक परत द्वारा कवर किया । सिर्फ पर्याप्त राल के लिए कपड़े की पहली प्लाई संतृप्त लागू होते हैं ।
  4. कपड़े के पहले प्लाई प्लेस, और फिर, एक रोलर, प्रेस और अतिरिक्त राल बाहर निचोड़ के साथ ।
  5. पूरी तरह से कपड़े के शीर्ष पर अतिरिक्त राल की एक छोटी राशि डालने से फाइबर बिस्तर संतृप्त और फिर squeegees के साथ पूरे क्षेत्र पर समान रूप से फैल.
  6. दोहराएँ चरण २.४ और २.५ सभी plies के लिए (6-इस मामले में प्लाई). सुनिश्चित करें कि सभी plies पूरी तरह से राल के साथ संतृप्त है और कि लगभग राल की एक ही राशि (~ ८.५ g) प्रत्येक प्लाई के लिए प्रयोग किया जाता है ।
  7. caul प्लेट प्लेस, छिद्रित रिलीज फिल्म से जुड़ी, फाइबर फार्म के शीर्ष पर, रिलीज फिल्म की परिधि के आसपास ०.५ इंच चौड़ा पॉलिएस्टर टेप की एक परत के बाद ।
  8. फाइबर फार्म करने के लिए पर सांस/ब्ली क्लॉथ के दो टुकड़े डालें और सांस के कपड़े के शीर्ष पर ट्विस्ट लॉक वैक्यूम वाल्व के नीचे का टुकड़ा रखें । वाल्व अतिरिक्त राल के साथ संपर्क से वाल्व की रक्षा करने के लिए संतृप्त फार्म से दूर पर्याप्त स्थित है कि यह सुनिश्चित करें ।
  9. चिपचिपा टेप के कागज समर्थन निकालें और उपकरण प्लेट पर वैक्यूम बैग जगह है जबकि यह दृढ़ता से टेप के खिलाफ इसे सील करने के लिए दबाव ।
  10. वैक्यूम नली के एक तरफ वैक्यूम वाल्व के शीर्ष टुकड़ा और दबाव नियामक के लिए दूसरी तरफ कनेक्ट, वैक्यूम पंप से जुड़ा ।
  11. बैग में एक छोटा सा भट्ठा रखो, जहां वाल्व के नीचे टुकड़ा है, छेद में वैक्यूम वाल्व के शीर्ष टुकड़ा डालें, और फिर धीरे मोड़ यह इतना बंद है कि बैग के नीचे शिकन नहीं है ।
  12. वैक्यूम पंप शुरू जब तक ९३ केपीए (१३.५ साई) के एक निरंतर वैक्यूम दबाव इलाज और अतिरिक्त राल के दौरान उत्पंन किसी भी वाष्पशीलता को दूर करने के लिए पहुंच गया है । सुनिश्चित करें कि वैक्यूम प्रणाली रिसाव मुक्त है ।
  13. एक समर्थन आधार के लिए नीचे उपकरण प्लेट के चार किनारों दबाना । नीचे उपकरण प्लेट आंदोलन के खिलाफ तय किया जाना चाहिए मैग्नेट के स्थान से पहले क्योंकि चुंबकीय आकर्षण बल चाल और प्लेट ऊपर की ओर खिसक सकता है ।
  14. कमरे के तापमान पर ४५ मिनट के लिए इलाज करने के लिए फाड़ना की अनुमति दें, तो वैक्यूम बैग पर मैग्नेट के सेट जगह (धारा 2.1.1 में तैयार), उपकरण प्लेट के तापमान में वृद्धि के बाद ६० डिग्री सेल्सियस के एक रैंप दर पर ~ 5 ° c/
    नोट: (1) इलाज चक्र चयनित राल पर निर्भर है । (2) सिलिकॉन रबर हीट शीट्स हीटिंग के लिए उपकरण थाली के तहत रखा जाता है ।
  15. ६० डिग्री सेल्सियस पर 8 घंटे के लिए इलाज करने के बाद, वैक्यूम बैग को हटाने और समग्र फाड़ना ढालना ।
    नोट: चुंबकीय दबाव लागू करने का एक परिणाम के रूप में फाड़ना की गुणवत्ता में सुधार का आकलन करने के लिए, हम किसी भी बाहरी दबाव लागू करने के बिना एक पारंपरिक गीला रखना अप वैक्यूम बैग प्रक्रिया का उपयोग कर फाड़ना की एक श्रृंखला गढ़े । इन फाड़ने की गुणवत्ता चुंबकीय दबाव के तहत किए गए उन लोगों के साथ तुलना में था । के लिए पारंपरिक गीले रखना-अप वैक्यूम बैग का उपयोग करने के टुकड़े बनाना, २.१५ के लिए 2.1.2 कदम, मैग्नेट के स्थान के अलावा पीछा किया गया । प्रत्येक निर्माण की प्रक्रिया की पुनरावृत्ति का आकलन करने के लिए, एक दूसरे फाड़ना समान परिस्थितियों के तहत गढ़े गया था ।

3. चुंबकीय संपीड़न दबाव की माप

  1. एक यांत्रिक परीक्षण उपकरण पर लोड सेल के अंत करने के लिए शीर्ष प्लेट संलग्न करें ।
  2. नीचे चल प्लेट पर एक N52 Neodymium-आयरन-बोरान स्थायी चुंबक लगाएं, जो कि टेस्ट की शुरुआत में पर्याप्त दूरी पर तैनात हो (कम से कम 25 मिमी) ऊपर तय प्लेट से दूर हो ।
    नोट: चुंबकीय बल की माप के लिए, ऊपर और नीचे दोनों प्लेटें इस्पात के रूप में चुंबकीय सामग्री से बनाया जाना चाहिए ।
  3. ऊपर की थाली की ओर 1-2 mm/मिनट की कम गति से नीचे की प्लेट ऊपर ले जाएं और जनरेट चुंबकीय बल रिकॉर्ड करते हुए 6 हर्ट्ज के एक नमूना दर पर रैखिक चर अंतर ट्रांसफार्मर (LVDT) से इसी विस्थापन को मापने ।
    नोट: (1) इस परीक्षण की गति महत्वपूर्ण है क्योंकि मैग्नेट द्वारा उत्पंन बल के बीच में हवा के अंतर पर तेजी से निर्भर करता है । (2) सभी चुंबकीय माप कमरे के तापमान पर प्रदर्शन कर रहे हैं ।
  4. चुंबक के शीर्ष सतह को छू लेती है जब तक चुंबकीय संपीड़न बल की निगरानी करने के लिए जारी रखें शीर्ष प्लेट ।
  5. चुंबक के पार अनुभागीय क्षेत्र द्वारा चुंबकीय बल विभाजित करके चुंबकीय संपीड़न दबाव की गणना.

4. राल जला बंद और Thermogravimetric विश्लेषण (TGA)

  1. राल जला बंद
    1. एएसटीएम D2584 के अनुसार एक राल जला बंद परीक्षण के लिए प्रत्येक टुकड़े से तीन नमूनों में कटौती-11 निर्दिष्टीकरण४१.
    2. एक अलग चीनी मिट्टी के बरतन क्रूसिबल में प्रत्येक नमूना प्लेस और नमूनों के वजन के रूप में अच्छी तरह से crucibles ध्यान दें ।
    3. एक भट्ठी में नमूने युक्त crucibles प्लेस, भट्ठी पर बारी, ६०० डिग्री सेल्सियस के लिए भट्ठी का तापमान बढ़ा है, और के बारे में 4 एच के लिए जला राल को अनुमति दें ।
    4. भट्ठी बंद, ध्यान से भट्ठी दरवाजा खुला है, और यह crucibles को हटाने से पहले कमरे के तापमान को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं ।
    5. ठंडा होने के बाद crucibles को भट्ठी से निकालकर उसमें से बरामद काँच के तंतुओं को तौल लें.
      नोट: फाइबर राल जला बंद के दौरान वजन कम हो सकता है. फाइबर के वजन घटाने की राशि जब वे उच्च तापमान को उजागर कर रहे हैं thermogravimetric विश्लेषण (TGA) द्वारा निर्धारित किया जा सकता है ।
  2. Thermogravimetric विश्लेषण (TGA)
    1. TGA का उपयोग वायुमंडलीय दबाव में हवा में बढ़ते तापमान के एक समारोह के रूप में फाइबर के वजन में कमी को मापने । एक प्लैटिनम पैन में फाइबर के लगभग 30 मिलीग्राम रखें और इसे TGA डिवाइस में लोड करें ।
    2. तापमान 25 डिग्री सेल्सियस से ६०० ° c के लिए 15 ° c/मिनट की दर से रैंप, 4 एच के लिए तापमान पकड़, और वजन में प्रतिशत की कमी की गणना । फाइबर के वजन में कमी प्रतिशत के दौरान के लिए हिसाब कर रहे हैं फायबर वॉल्यूम भिन्न और शून्य मात्रा भिन्न परिकलन.
      नोट: ६०० ° c पर TGA परीक्षण के परिणामों के अनुसार, सादे बुनाई और यादृच्छिक चटाई इस अध्ययन में इस्तेमाल किया फार्म के लिए वजन घटाने क्रमशः ०.२% और ५.४६%, कर रहे हैं ।

5. शूंय और फाइबर मात्रा अंश गणना

  1. समग्र नमूना, मैट्रिक्स, और फाइबर का घनत्व निर्धारित करें:
    1. थोक मिश्रित नमूना का घनत्व निर्धारित करने के लिए निलंबन विधि४२ का उपयोग करें ।
      नोट: इस विधि के लिए, २.४९ g/cm3 के घनत्व के साथ एक पारदर्शी भारी तरल का उपयोग किया जाता है ताकि कंपोजिट नमूना शुरू में भारी तरल में डूबे जब तैरता रहे ।
      1. 3 मिलीलीटर पानी जोड़कर और १०५ रेड एस पर चुंबकीय सरगर्मी से समाधान मिश्रण द्वारा भारी तरल के घनत्व को कम करें 5 मिनट के लिए-1 के लिए इस कदम को दोहराएं जब तक समग्र नमूना धीरे भारी तरल में स्थगित करने के लिए शुरू होता है/
      2. एक बार समाधान घनत्व इतना है कि नमूना भारी तरल और पानी के मिश्रण में निलंबित रहता है समायोजित किया गया है, एक विशिष्ट गुरुत्व कप का उपयोग कर समाधान घनत्व को मापने ।
    2. शूंय मुक्त राल एक ही इलाज चरणों २.१४ और २.१५ में दी चक्र का उपयोग कर नमूने तैयार है और फिर ठीक राल 5.1.1.1 और 5.1.1.2 के रूप में एक ही प्रक्रिया का उपयोग कर नमूनों के घनत्व का निर्धारण ।
      नोट: ठीक INF और ऐपण नमूनों की सघनता १.१५२ ± ०.००३ g/cm3 और १.१७१ ± ०.००३ g/cm3, क्रमशः हैं ।
    3. फाइबर का घनत्व प्राप्त करने के लिए एक 10 सेमी3 कप के साथ एक नाइट्रोजन pycnometer४३ का प्रयोग करें ।
      नोट: सादे बुनाई और यादृच्छिक चटाई कपड़े का घनत्व २.६०० ± ०.००३ g/cm3 और २.४७० ± ०.००४ g/cm3, क्रमशः हैं ।
  2. एएसटीएम D2584-11४१के अनुसार फाइबर और राल के वजन अंश की गणना ।
  3. शून्य और फाइबर मात्रा अंश निम्नलिखित एएसटीएम D3171-15 प्रक्रियाओं की गणना करें४४
    Equation 11)
    Equation 22)
    Equation 33)
    जहां राल मात्रा अंश है, फाइबर मात्रा अंश है, शून्य मात्रा अंश है, समग्र का घनत्व है, राल का घनत्व है, फाइबर का घनत्व है, Equation 4 Equation 5 Equation 6 Equation 7 Equation 8 Equation 9 Equation 10 नमूना वजन, और फाइबर वजन है । Equation 11
    नोट: शून्य वॉल्यूम सामग्री के लिए अनिश्चितता ± ०.२१%४५की गणना की जाती है । सटीकता के इस स्तर के समग्र फाड़ने के लिए पर्याप्त है, यहां तक कि जब फाड़ना कम 1% की एक कम शूंय सामग्री है ।

6. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) इमेजिंग

  1. प्रत्येक फाड़ना से दो २५.४ मिमी × ६.४ मिमी नमूनों में कटौती और उन्हें SEM इमेजिंग के लिए एक तेजी से इलाज एक्रिलिक में एंबेड ।
    नोट: नमूनों इस तरह एंबेडेड है कि साइड की सतह (के माध्यम से मोटाई की सतह) २५.४ mm नमूना लंबाई के साथ फाड़ना इमेजिंग के लिए उजागर होता है ।
  2. 30 से ०.०४ µm से लेकर धैर्य आकार के साथ एम्बेडेड समग्र नमूनों की सतह पॉलिश करने के लिए एक चमकाने मशीन का उपयोग करें ।
  3. धूम कोट लगभग 5 समुद्री मील दूर सोने/पैलेडियम तैयार नमूना पर एक प्रवाहकीय परत प्रदान करने के लिए ।
  4. एक नमूना धारक पर नमूना माउंट और SEM के चैंबर में डाल दिया ।
  5. SEM इमेजिंग पैरामीटर जैसे त्वरण वोल्टेज के लिए सेट करें 20 केवी और २५.५ mm करने के लिए काम कर दूरी ।
  6. विभिन्न स्थानों पर 35X या उच्चतर आवर्धन पर फाड़ना के कई छवियों पर कब्जा.
    नोट: चयनित आवर्धन एक बड़े क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के साथ-साथ, किसी भी प्रकार के टुकड़े की मोटाई के दृश्य की तुलना में रिक्तियों के मूल्यांकन की अनुमति देता है । फाड़ना मोटाई के सटीक माप इन छवियों का उपयोग किया जा सकता है ।

7. वंक गुणों का लक्षण वर्णन

  1. एएसटीएम D790 के अनुसार तीन सूत्री झुकने वंक परीक्षण के लिए प्रत्येक समग्र टुकड़े से सात १२.७ मिमी चौड़ा नमूनों का एक सेट कट-15४६ एक हीरे का उपयोग कर धैर्य देखा ।
  2. एक कैलिपर के साथ प्रत्येक नमूना की चौड़ाई और मोटाई को मापने ।
  3. 24:1 की मोटाई अनुपात के लिए एक अवधि का उपयोग करें और तीन बिंदु झुकने परीक्षण स्थिरता के समर्थन अवधि को समायोजित । तीन बिंदु झुकने वंक परीक्षण स्थिरता यांत्रिक परीक्षण उपकरण पर इकट्ठे पर नमूना प्लेस ।
  4. 2 mm/मिनट के crosshead गति पर वंक परीक्षण प्रदर्शन और नमूना के लोड-विक्षेपन व्यवहार रिकॉर्ड ।
  5. सभी नमूनों के लिए ऊपर कदम दोहराने की पुष्टि करें और परिणामों की पुनरावृत्ति सुनिश्चित करने के लिए ।
  6. एक बार प्रयोग समाप्त हो गया है, वंक शक्ति के रूप में के रूप में अच्छी तरह से नमूनों की वंक मापांक की गणना३९,४०।

Representative Results

MACM के टुकड़े की गुणवत्ता पर प्रभाव की जांच करने के लिए, कई परिदृश्यों कि विभिंन प्रकार के कपड़े और राल प्रणालियों का उपयोग करने पर विचार किया गया । तालिका 1 रिपोर्ट विनिर्माण प्रक्रिया और 6-प्लाई, ई-कांच/epoxy समग्र टुकड़े के छह अलग निर्माण परिदृश्यों के तहत निर्मित के समग्र घटक । आधारभूत परिदृश्यों में (w-पीडब्लू-inf, w-rm-inf, और w-rm-ऐपण), फाड़ने बाहरी दबाव के बिना गीला रखना-अप वैक्यूम बैग द्वारा गढ़े जाते हैं । अंय तीन परिदृश्यों (डब्ल्यू एम-पीडब्लू-inf, डब्ल्यू आर-rm-inf, और डब्ल्यू एम आर-ऐपण) चुंबकीय संकुचन दबाव के तहत गीला रखना-अप वैक्यूम बैग फाड़ना बनाने के लिए उपयोग किया जाता है । इन फाड़ने की गुणवत्ता तो आधार रेखा परिदृश्यों द्वारा किए गए लोगों की तुलना में है । पहली और दूसरी स्थितियों में, डब्ल्यू-पीडब्लू-inf और डब्ल्यू एम एम-पीडब्लू-inf, सादा बुनाई ई-कांच/ तीसरे और चौथे परिदृश्य में, डब्ल्यू-rm-inf और डब्ल्यू एम-rm-inf, सादे बुनाई कपड़े यादृच्छिक चटाई के साथ बदल दिया है, और एक ही राल प्रणाली (यानी, inf) का प्रयोग किया जाता है । पांचवें और छठे परिदृश्य में, डब्ल्यू rm-ऐपण और डब्ल्यू एम आर-rm-ऐपण, कपड़े यादृच्छिक चटाई ई ग्लास है, जबकि राल प्रणाली ऐपण जो ७६६.९ mPa के एक मामूली उच्च चिपचिपापन है के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है २९६ mPa एस के लिए की तुलना में INF राल । पिछले चार परिदृश्यों की एक अधिक विस्तृत विश्लेषण Pishvar एट al. २०१७ और Amirkhosravi एट अल. २०१७३८,३९में पाया जा सकता है ।

चित्रा 2a चुंबकीय और इस्पात प्लेट के बीच की दूरी के एक समारोह के रूप में NdFeB, N52-2.54 × २.५४ × १.२७ सेमी3 चुंबक द्वारा उत्पंन दबाव प्रस्तुत करता है । इस दूरी के अनुरूप बनाना-मोटाई समग्र टुकड़े के निर्माण के दौरान, और इस प्रकार के लिए मैग्नेट द्वारा लागू संपीड़न दबाव के रूपांतर का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । चित्रा 2a में इनसेट दूरी के एक समारोह के रूप में चुंबकीय दबाव की भिन्नता को मापने के लिए इस्तेमाल प्रयोगात्मक सेट की एक तस्वीर से पता चलता है. के रूप में प्रोटोकॉल की धारा 3 में बताया, सेट अप दो समानांतर इस्पात प्लेटों (१२.५ cm × १२.५ cm × १.८ cm) के होते हैं । शीर्ष प्लेट एक ४.४५ केएन (१००० पौंड) लोड सेल से जुड़ा है । नीचे थाली एक यांत्रिक परीक्षण उपकरण के पार सिर पर इकट्ठे है । इस सेट अप का उपयोग करके, नीचे की थाली पर रखा स्थाई चुंबक के आकर्षण के बल अंतर (यानी, चुंबक और शीर्ष स्टील प्लेट के बीच की दूरी) के एक समारोह के रूप में मापा जाता है । चित्रा 2a में धराशायी लाइन यांत्रिक परीक्षण उपकरण द्वारा मापा चुंबकीय दबाव (चुंबक के क्षेत्र पर बल) का प्रतिनिधित्व करता है, और ठोस लाइन मैग्नेट के आपूर्तिकर्ता द्वारा प्रदान की डेटा से निर्धारित दबाव का प्रतिनिधित्व करता है. वहां मापा दबाव और तकनीकी डेटा आपूर्तिकर्ता द्वारा प्रदान की चादर से प्राप्त मूल्यों के बीच आम तौर पर अच्छा समझौता है । यह देखा गया है कि चुंबकीय दबाव में वृद्धि अंतर की कमी पर तेजी से निर्भर करता है । इसलिए, के रूप में फाड़ना के इलाज की प्रक्रिया के दौरान समेकित करता है, के रूप में करना-ऊपर की मोटाई धीरे कम हो जाती है, और फलस्वरूप, चुंबक द्वारा लागू दबाव बढ़ जाती है । चित्रा 2 बी एक ही प्रयोगात्मक चित्रा 2a में प्रस्तुत डेटा से पता चलता है, लेकिन अंतर के लिए (यानी, ऊपर की मोटाई) 1-4.5 मिमी की सीमा । इसके अलावा, प्रारंभिक और अंतिम चुंबकीय दबाव अलग कपड़े प्रकार (यानी, सादे बुनाई और यादृच्छिक चटाई) और राल प्रणालियों (यानी, INF और ऐपण) के शामिल टुकड़े के इलाज के दौरान लागू चित्रा बीमें प्रदर्शित कर रहे हैं । समेकन के दौरान सादा बुनाई/inf टुकड़े (डब्ल्यू एम-पीडब्लू-inf) के ऊपर की मोटाई १.५ mm से १.४ राल बहिर्वाह और इलाज के कारण मिमी के लिए कम हो जाती है । तदनुसार, चुंबकीय दबाव थोड़ा बढ़ ०.३८ से ०.३९ MPa । यादृच्छिक चटाई/INF टुकड़े (डब्ल्यू एम-RM-inf) के सेट अप मोटाई २.८ mm से १.७ mm के लिए परिवर्तन, और, एक परिणाम के रूप में, चुंबकीय दबाव काफी ०.२७ से ०.३६ MPa बढ़ जाती है । यादृच्छिक चटाई/ऐपण (डब्ल्यू एम एस-ऐपण) के साथ किए गए टुकड़े के ऊपर की मोटाई ३.७ मिमी से २.५ मिमी तक घट जाती है, और इस प्रकार, उत्पन्न दबाव मामूली उगता ०.२२ से ०.२९ MPa.

तालिका 2 औसत मोटाई, फाइबर मात्रा अंश, और के साथ और चुंबकीय समेकन दबाव के बिना निर्मित टुकड़े के शूंय मात्रा अंश प्रस्तुत करता है । के रूप में तालिका 2में दिखाया गया है, चुंबकीय संकुचन दबाव का उपयोग काफी हद तक 12-47% द्वारा फाड़ना की औसत मोटाई कम कर देता है । के रूप में की उंमीद है, फाड़ना मोटाई में कमी दृढ़ता से फाइबर की मात्रा अंश है, जहां फाइबर की मात्रा अंश में टुकड़े टुकड़े काफी चुंबकीय दबाव की वजह से 13-98% की वृद्धि में सुधार के साथ संबंधित है । सभी परिदृश्यों के बीच, यादृच्छिक चटाई/INF टुकड़े पर चुंबकीय दबाव लागू करने का प्रभाव अधिक स्पष्ट है (यानी, ९८% फाइबर मात्रा अंश में वृद्धि) दो कारकों की वजह से: (1) एक काफी कम प्रारंभिक फाइबर की मात्रा अंश unपेक् ट सादा बुनाई के टुकड़े की तुलना में यादृच्छिक चटाई के टुकड़े, और (2) २९६ mPa एस की एक कम चिपचिपापन के साथ राल का उपयोग करें, जिससे अतिरिक्त राल की आसान हटाने की अनुमति । यह भी उल्लेखनीय है कि चुंबकीय दबाव लागू करने के लिए 3.4-5.8% से 1.5-2.7% के टुकड़े का शून्य मात्रा अंश को कम करने में एक अतिरिक्त लाभ है । इस प्रकार, चुंबकीय दबाव न केवल अतिरिक्त राल, लेकिन यह भी टुकड़े के बाहर voids ड्राइव ।

चित्रा 3 35X आवर्धन पर 6 अलग परिदृश्यों के तहत निर्मित ई ग्लास/epoxy टुकड़े के SEM छवियों को प्रदर्शित करता है । आसान दृश्य की तुलना के लिए, एक बाहरी दबाव के बिना किए गए टुकड़े की छवियों को छोड़ दिया पर दिखाया जाता है और चुंबकीय संपीड़न के तहत किए गए टुकड़े सही पर प्रस्तुत कर रहे हैं । इन छवियों से, यह स्पष्ट है कि plies के बीच बहुत सुधार समेकन में चुंबकीय संपीड़न दबाव परिणाम का उपयोग और, नतीजतन, राल संपंन क्षेत्रों में एक महत्वपूर्ण कमी की ओर जाता है । एक परिणाम के रूप में, फाड़ना मोटाई उल्लेखनीय कम है और फाइबर मात्रा अंश विशेष रूप से यादृच्छिक चटाई कपड़े और inf राल (डब्ल्यू एम आर-inf) से बने टुकड़े में वृद्धि हुई है । इन छवियों को भी पता चलता है कि रिक्तियों की आकृति विज्ञान के साथ और बाहरी दबाव के बिना किए गए फाड़ने में काफी अलग है । चुंबकीय दबाव लागू करने अशक्तों की संख्या को कम कर देता है और शूंय बनाता है, छोटे टुकड़े में एक कम शूंय मात्रा अंश के लिए अग्रणी । अंत में, plies के बीच स्थित रिक्तियों को संकुचित करने से अधिक लंबी रिक्तियों की ओर जाता है ।

तालिका 3 से पता चलता है वंक शक्ति और सभी के टुकड़े और चुंबकीय समेकन के दबाव के तहत किए गए टुकड़े के वंक गुणों में प्रतिशत वृद्धि के मापांक । परिणाम स्पष्ट रूप से बताते हैं कि वंक शक्ति और मापांक के टुकड़े करने के लिए काफी चुंबकीय दबाव का उपयोग करके सुधार कर रहे हैं । ९८% की फाइबर मात्रा अंश में यादृच्छिक चटाई/inf टुकड़े (डब्ल्यू एम आर-inf) की वृद्धि हुई है, जबकि १.४६% की एक ंयूनतम शूंय सामग्री होने, एक ६२% और वंक शक्ति और मापांक में ६७% वृद्धि का कारण बनता है, क्रमशः । जैसा कि उंमीद थी, सादे बुनाई/inf टुकड़े (डब्ल्यू एम-पीडब्लू-inf) जो शुरू में फाइबर मात्रा अंश में 13% की सबसे कम सुधार प्रदर्शित, सबसे कम वृद्धि, 7% और 22%, वंक शक्ति और मापांक, क्रमशः में दिखाया गया है । नतीजतन, चुंबकीय समेकन के दबाव के तहत किए गए समग्र टुकड़े की एक किस्म के वंक गुणों में वृद्धि समग्र फाड़ना गुणवत्ता में सुधार करने के लिए MACM की क्षमता साबित होता है ।

निर्माण
परिदृश्य		 फैब्रिक प्रकार राल प्रणाली निर्माण प्रक्रिया
W-पीडब्लू-INF सादा बुनाई ई-कांच Inf पारंपरिक गीला करना बाहरी दबाव का उपयोग कर के बिना वैक्यूम बैग
एम डब्ल्यू एम-पीडब्लू-INF सादा बुनाई ई-कांच Inf गीला करना-ऊपर वैक्यूम थैला चुंबकीय समेकन दबाव का उपयोग कर के साथ
डब्ल्यू-आरएम-INF यादृच्छिक चटाई ई ग्लास Inf पारंपरिक गीला करना बाहरी दबाव का उपयोग कर के बिना वैक्यूम बैग
डब्ल्यू एम-RM-INF यादृच्छिक चटाई ई ग्लास Inf गीला करना-ऊपर वैक्यूम थैला चुंबकीय समेकन दबाव का उपयोग कर के साथ
डब्ल्यू-आरएम-ऐपण यादृच्छिक चटाई ई ग्लास ऐपण पारंपरिक गीला करना बाहरी दबाव का उपयोग कर के बिना वैक्यूम बैग
डब्ल्यू एम आर-ऐपण यादृच्छिक चटाई ई ग्लास ऐपण गीला करना-ऊपर वैक्यूम थैला चुंबकीय समेकन दबाव का उपयोग कर के साथ

तालिका 1: घटक और छह निर्माण परिदृश्यों का विवरण 6-प्लाई मिश्रित टुकड़े के निर्माण में इस्तेमाल किया ।

निर्माण परिदृश्य औसत मोटाई (मिमी) फाइबर मात्रा अंश (%) फाइबर मात्रा अंश में वृद्धि (%) शूंय वॉल्यूम भिंन (%) शूंय खंड अंश में कमी (%)
W-पीडब्लू-INF ०.९८ ± ०.०१ ४५.६५ ± ०.८२ ― ३.४४ ± ०.४६ ―
एम डब्ल्यू एम-पीडब्लू-INF ०.८६ ± ०.०१ ५१.६३ ± ०.८७ 13 १.७४ ± ०.३९ ४९
डब्ल्यू-आरएम-INF29 २.२८ ± ०.०४ २४.८४ ± १.१४ ― ५.०९ ± ०.६९ ―
डब्ल्यू एम आर-RM-INF29 १.२१ ± ०.०१ ४९.१० ± ०.८७ ९८ १.४६ ± ०.२४ ७१
डब्ल्यू-आरएम-ऐपण30 ३.१८ ± ०.०१ १७.३४ ± ०.८४ ― ५.८१ ± १.२४ ―
डब्ल्यू एम एस-RM-ऐपण30 १.९९ ± ०.०३ २६.८८ ± १.९९ ५५ २.७१ ± ०.३६ ५३

तालिका 2: औसत मोटाई, फाइबर मात्रा अंश, और 6-प्लाई टुकड़े के शून्य मात्रा अंश छह विभिन्न परिदृश्यों के तहत निर्मित. फाइबर वॉल्यूम अंश में प्रतिशत वृद्धि और चुंबकीय संपीड़न के कारण शून्य मात्रा भिन्न में प्रतिशत की कमी (n = 6 फाइबर की मात्रा के लिए भिन्न और शून्य मात्रा भिन्न और n = ३५ औसत के टुकड़े की मोटाई के लिए; सभी डेटा के लिए ९५% विश्वास अंतराल) हैं भी दी ।

निर्माण परिदृश्य वंक ताकत (MPa) वंक ताकत में वृद्धि (%) वंक मापांक (GPa) वंक मापांक में वृद्धि (%)
W-पीडब्लू-INF ६३८.९ ± २७.० ― २४.१ ± ०.५ ―
एम डब्ल्यू एम-पीडब्लू-INF ६८१.१ ± ३५.५ 7 २९.५ ± ०.९ 22
डब्ल्यू-आरएम-INF29 २१८.९ ± ११.४ ― ८.४ ± ०.३ ―
डब्ल्यू एम आर-RM-INF29 ३५४.६ ± १५.५ ६२ १४.० ± ०.८ ६७
डब्ल्यू-आरएम-ऐपण30 १५८.१ ± ८.९ ― ६.८ ± ०.१ ―
डब्ल्यू एम एस-RM-ऐपण30 २५३.५ ± २०.१ ६० ९.९ ± ०.६ ४६

तालिका 3: वंक ताकत और मापांक के समग्र टुकड़े और चुंबकीय संपीड़न के कारण वंक गुणों में प्रतिशत वृद्धि (n = 7 ऐपण द्वारा किए गए टुकड़े के लिए और n = 14 आराम के लिए; सभी डेटा के लिए ९५% विश्वास अंतराल) ।

Figure 1
चित्रा 1: समग्र रखना और चुंबकीय दबाव के आवेदन की तैयारी के एक सरलीकृत योजनाबद्ध, के रूप में प्रोटोकॉल अनुभाग में वर्णित है । इस प्रयोजन के लिए, पच्चीस NdFeB, N52-2.54 × २.५४ × १.२७ सेमी3 स्थाई मैग्नेट समग्र रखना-up पर समेकन दबाव लागू करने के लिए उपयोग किया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: (क) चुंबकीय NdFeB द्वारा उत्पंन दबाव के रूपांतर, N52-2.54 × २.५४ × १.२७ cm3 के एक समारोह के रूप में चुंबक (यानी, ऊपर मोटाई) । इनसेट में चुंबकीय दबाव को मापने के लिए इस्तेमाल प्रयोगात्मक सेट की एक तस्वीर से पता चलता है । (ख) प्रारंभिक और अंतिम चुंबकीय दबाव सादे बुनाई के इलाज के दौरान लागू किया गया/inf (डब्ल्यू एम-पीडब्लू-inf), यादृच्छिक चटाई/inf (डब्ल्यू एस आर एस-inf), और यादृच्छिक चटाई/ऐपण (डब्ल्यू एम आर-ऐपण) फाड़ना । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3:6 के SEM छवियां-प्लाई ई-ग्लास/epoxy समग्र के साथ और चुंबकीय दबाव का उपयोग कर के बिना एक गीला रखना अप वैक्यूम बैग प्रक्रिया का उपयोग कर गढ़े । (a) W-पीडब्लू-inf (सादा बुनाई/inf टुकड़े करना, बाहरी दबाव के बिना), (ख) डब्ल्यू एम-पीडब्लू-inf (सादा बुनाई/, चुंबकीय दबाव के साथ), (ग) डब्ल्यू-rm-inf (यादृच्छिक चटाई/inf टुकड़े करना, बाहरी दबाव के बिना), (घ) डब्ल्यू एम एस-rm-inf ( यादृच्छिक चटाई/INF टुकड़े करना, चुंबकीय दबाव के साथ), (ई) डब्ल्यू-rm-ऐपण (यादृच्छिक चटाई/ऐपण फाड़ना, बाहरी दबाव के बिना), और (च) डब्ल्यू एम आर-rm-ऐपण (यादृच्छिक चटाई/ कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

एक मिश्रित टुकड़े के इलाज के दौरान एक उच्च समेकन दबाव के आवेदन एक उच्च गुणवत्ता वाले समग्र भाग४७के निर्माण के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है । बाहरी दबाव लागू नहीं किया जाता है और फाड़ना वैक्यूम के तहत ही ठीक हो जाता है, अंतिम भाग आम तौर पर उच्च शून्य सामग्री शामिल होगा, संभवतः मात्रा से 5% से अधिक है, और अवांछनीय राल अमीर क्षेत्रों४८। उच्च शूंय सामग्री, कम फाइबर मात्रा अंश, और राल अमीर क्षेत्रों में प्रतिकूल रूप से मिश्रित टुकड़े के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करने वाले कारक हैं । इस काम में, गीला करना-अप वैक्यूम बैग प्रक्रिया में एक टुकड़े के इलाज के दौरान उच्च समेकन दबाव लागू करने के लिए एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल29बताया गया है । इस तकनीक में, पहले, समग्र रखना एक चुंबकीय नीचे उपकरण प्लेट पर पारंपरिक गीला रखना अप वैक्यूम बैग प्रक्रिया के अनुसार तैयार किया जाता है । फिर, स्थायी मैग्नेट का एक सेट, एक चुंबकीय शीर्ष स्टील प्लेट से जुड़ी, वैक्यूम बैग पर रखा गया है. इस अध्ययन में, मैग्नेट ६० ° c, जहां राल चिपचिपापन काफी कम हो जाती है करने के लिए रखना-up तापमान में वृद्धि लागू कर रहे हैं । इस तरह के जमाना बिंदु के रूप में एक अलग समय पर दबाव लागू करने, विभिन्न गुणों के साथ फाड़ने की उपज हो सकता है13,४०,४९. एप्लाइड चुंबकीय दबाव के स्तर मैग्नेट और चुंबकीय नीचे प्लेट के बीच की खाई पर निर्भर करता है । इस प्रकार, हम एक प्रक्रिया वर्तमान चुंबकीय दबाव को मापने के लिए एक चुंबक के रूप में एक समारोह के रूप में अंतर (यानी, ऊपर की मोटाई) ।

MACM की प्रभावशीलता का निर्धारण करने के लिए, गीला रखना-अप वैक्यूम बैग विभिन्न सामग्री घटकों के साथ फाड़ने के साथ और चुंबकीय संपीड़न दबाव के बिना छह परिदृश्यों का उपयोग करके गढ़े हैं. उसके बाद, हम शून्य और फाइबर की मात्रा भिन्न, microstructure, और वंक के गुण मिश्रित टुकड़े के लक्षण के लिए विस्तृत चरणों का प्रदर्शन । समग्र घटकों की मात्रा अंशों का मूल्यांकन करने के लिए, राल-बंद जला और निलंबन के तरीकों४२का उपयोग किया जाता है । प्रस्तुत परिणाम बताते है कि चुंबकीय संपीड़न दबाव का उपयोग काफी फाइबर मात्रा अंश बढ़ जाती है और भागों की शूंय सामग्री घट जाती है । इसके अलावा, समग्र के microstructural विश्लेषण के लिए, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) इमेजिंग किया जाता है, और स्थान और शूंय के ज्यामितीय सुविधाओं में अंतर्दृष्टि देता है15। उदाहरण के लिए, चित्रा 3 से पता चलता है कि इलाज के दौरान चुंबकीय दबाव का उपयोग भी दोनों आकार और शूंय की संख्या को कम करने में फायदेमंद है, और इसलिए समय से पहले विफलता की संभावना कम हो जाती है20,24। नतीजतन, इन कारकों को काफी वंक गुणों में सुधार । हालांकि, MACM की प्रभावशीलता समग्र घटक (फाइबर और राल) के प्रकार पर निर्भर करता है अलग है ।

हालांकि इस विधि के साथ फाड़ना के निर्माण सरल है, देखभाल व्यवस्था और स्थाई मैग्नेट के स्थान के दौरान लिया जाना चाहिए के रूप में वे एक बहुत ही उच्च दबाव (यानी, ०.६४ MPa की एक अधिकतम दबाव उत्पंन) । इस विधि की कमी यह है कि नीचे उपकरण की थाली जैसे एक ४०० श्रृंखला स्टेनलेस स्टील के रूप में चुंबकीय, की जरूरत है, और यह आंदोलन के खिलाफ तय किया जाना चाहिए से पहले मैग्नेट की नियुक्ति, क्योंकि चुंबकीय आकर्षण बल चाल और थाली ऊपर की ओर खिसक सकता है । इसके अतिरिक्त, मैग्नेट द्वारा लागू दबाव टुकड़े की मोटाई पर निर्भर करता है । उदाहरण के लिए, NdFeB, N52-2.54 × २.५४ × १.२७ सेमी3 स्थाई मैग्नेट एक उच्च समेकन दबाव उत्पंन करने में सक्षम नहीं है (> ०.१ MPa) जब समग्र रखना मोटाई ६.५ mm से अधिक है । इस मामले में, मजबूत मैग्नेट के लिए उच्च समेकन के स्तर को प्राप्त करने के लिए उपयोग की जरूरत है ।

प्रस्तुत विधि का उपयोग करने के लिए सुविधाजनक है और आटोक्लेव पर लाभ यह है कि यह महंगा उपकरण और टूलींग की आवश्यकता नहीं है । हालांकि यहां आविर्भाव नहीं, इस विधि मोटे तौर पर लागू न केवल गीला रखना अप वैक्यूम बैग, लेकिन यह भी कंपोजिट के लिए अंय विनिर्माण प्रक्रियाओं के लिए, जैसे बाहर के आटोक्लेव इलाज के prepregs और वैक्यूम असिस्टेड राल स्थानांतरण मोल्डिंग (VARTM) । इसके अलावा, बड़े समग्र घटक एक उपयुक्त स्नेहक मैग्नेट और वैक्यूम बैग के बीच प्रयोग किया जाता है, तो वैक्यूम बैग के साथ मैग्नेट फिसलने से रिश्तेदार आसानी से गढ़े जा सकते हैं । इसके अलावा, हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, यह एकमात्र तरीका है जो स्थानीय के रूप में के रूप में अच्छी तरह से समग्र पर गैर समान दबाव के आवेदन की अनुमति देता है । इस विधि का एक भविष्य की दिशा ज्यामितीय जटिल समग्र भागों का निर्माण करने के लिए है, लेकिन बजाय एक फ्लैट प्लेट पर मैग्नेट रखने की, वे एक मिलान, ऊपरी मोल्ड पर रखा जा सकता है.

Disclosures

लेखकों ने कोई खुलासे नहीं किए हैं ।

Acknowledgments

लेखकों के लिए मोल्ड और निर्माण बनाने में मदद करने के लिए ओकलाहोमा के विश्वविद्यालय में म.. । यूसेफ K. हमीदी, M. Akif Yalcinkaya, और मददगार के लिए याकूब एंडरसन का शुक्रिया अदा करने के लिए । चर्चा.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Plain weave glass fiber Hexcel HexForce 3733 The type of fibers can be substituted with any type of fabrics
Randomly oriented chopped strand glass fiber Fiberglast 248
TenCate EX-1522/IM7 Tencate it is a plain weave carbon/epoxy prepreg
PRO-SET INF-114 Infusion Epoxy Composite Envisions 1758 The type of resin can be substituted with any type of resin suitable for wet lay-up vacuum bag process
PRO-SET INF-211 Medium Infusion Hardener Composite Envisions 1760
EPON 862 Hexion Inc.
EPIKURE Curing Agent 3300 Hexion Inc.
NdFeB, N52-2.54 × 2.54 × 1.27 cm3 K&J Magnetics, Inc. BX0X08-N52 Magnets can be substitued with any type depending on the required pressure and application
OLFA rotary cutter Fibre Glast 1706-A
Tacky tape De-Comp Composites D413Y
Polyester tape De-Comp Composites D574A
Squeegees Fibre Glast 62-A Any type of squeegees can be used
Roller De-Comp Composites D205 Any type of rollers can be used
PTFE-Coated fiberglass fabric sheets McMaster-Carr Supply Company 8577K81
PTFE release agent dry lubricant Miller-Stephenson MS122AD
Perforated release film Fibre Glast 1787-C
Breather cloth De-Comp Composites
Vacuum bag film Rock West Composite WRIGHTLON 7400
Aluminum twist lock vacuum valve De-Comp Composites D401
Vacuum pump Best Value Vacs BVVRS1
Flexible silicone-rubber heat sheets, adhesive backing McMaster-Carr Supply Company 35765K429
400-series steel plate, 6.35 mm-thick The lay-up is prepared on this plate
steel plate, 4.76 mm-thick The magnets are attached to this plate
Aluminum sheet, 0.3-mm thick
Lab stirrer mixer Caframo
Laboratory weigh scale
AccuPyc II 1340 automatic gas pycnometer Micromeritics Instrument Corporation 134/00000/00
Specific gravity cup, 83.2 mL Gardco EW-38000-12
Acrylic cold mounting resin Struers LevoCit
Grinder/polisher Struers LaboSystem
Porcelain crucibles, 30 mL United Scientific Supplies JCT030
Plastic Cups, 12 Oz, clear It is used as epoxy mixing cups

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इंजीनियरिंग मुद्दा १३५ स्थाई मैग्नेट समग्र सामग्री epoxy रेजिन सुदृढीकरण समेकन गीला करना वैक्यूम सामान निर्माण यांत्रिक गुण voids
चुंबक सहायता मिश्रित विनिर्माण: वैक्यूम बैग में उच्च समेकन दबाव को प्राप्त करने के लिए एक लचीली नई तकनीक/
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Pishvar, M., Amirkhosravi, M., Altan, M. C. Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes. J. Vis. Exp. (135), e57254, doi:10.3791/57254 (2018).

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