Wicking Tests für unidirektionale Gewebe: Die Messungen der Kapillar-Parameter Kapillardruck in Liquid Composite Molding Verfahren zur Bewertung

Beim Imprägnieren von Faserverstärkungen in Liquid Composite Moulding (LSM) Verfahren wird der Harzfluß durch einen Druckgradienten angetrieben. Kapillareffekte haben eine zusätzliche Wirkung, die mit dem Druckgefälles in Abhängigkeit von den Prozessparametern zu konkurrieren. Deren Einfluss auf das Verfahren hat also ¹ ausgewertet ^{werden, 2.} Dies kann durch die Definition einer scheinbaren Kapillardruck P _Kappe, Modifizieren der anfänglichen Druckgefälle ³ erfolgen. Dieser Parameter kann anschließend in numerische Modelle eingesetzt werden , um Ströme während Prozesse zu simulieren und genau ⁴ Hohlraumbildung vorherzusagen.

Die spontane Imprägnierung eines Gewebes durch eine Flüssigkeit (wicking) durch die Washburn – Gleichung ⁵ beschrieben. Ursprünglich beschriebene Washburn-Gleichung die kapillaren Aufstieg einer Flüssigkeit in einem Rohr. Diese Gleichung was dann für poröse Strukturen erweitert, wie beispielsweise Faserverstärkungen, die zu einem Kapillarrohr Netzwerk approximiert werden kann. Betrachtet man einen zylindrischen Probenhalter mit einem Radius, R, mit einem porösen Medium gefüllt wurde die Washburn – Gleichung in der Form von quadrierten Gewichtszunahme (m² (t)) über die Zeit geändert, wie folgt ^6:

(1)

wobei c ein Parameter ist , die für die Tortuosität ausmacht, r der mittlere Porenradius und ε = 1-V _f ist die Porosität (V _f das Faservolumenverhältnis wird). Alle Parameter in den eckigen Klammern beziehen sich auf die Morphologie und die Konfiguration des porösen Mediums, und sie können in eine konstante, C konsolidiert werden, da die genannten "geometrische porösen Medium Faktor." Die anderen Parameter ausdrücken dieAbhängigkeit der Feuchtigkeitsregulierung über die Wechselwirkungen zwischen dem Medium und der Flüssigkeit (durch ρ, η und γ _L, das sind jeweils die Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung der Flüssigkeit, und durch θ _a, eine scheinbare Kontaktwinkel).

Parallel dazu wird der Fluß durch ein poröses Medium in der Regel mit dem bekannten Darcy Gesetz ^7, modelliert , die eine äquivalente Fluidgeschwindigkeit v _D bezieht sich auf den Druckabfall durch die Durchlässigkeit des Mediums, K, und der Flüssigkeitsviskosität, η . Diese Gleichung kann auch für die Expression der Massenzunahme über einen Quadratwurzel der Zeit und damit für die Berücksichtigung der Äquivalenz zwischen den beiden Gleichungen. Aus dieser Äquivalenz zwischen der Washburn – Gleichung und dem Darcy Gesetz wurde der Kapillardruck dann wie folgt ⁸ definiert:

Hier liegt der Schwerpunkt der experimentellen Verfahren zu beschreiben, die geometrischen Faktoren und die scheinbaren vorrückenden Kontaktwinkel für unidirektionale Gewebe zu messen, mit dem Ziel, den kapillaren Druck zu bestimmen. Dieses Verfahren beruht ein Tensiometer zur Verwendung wicking Tests (Figur 1) durchzuführen. Ein Tensiometer ist eine Mikrowaage mit einer Auflösung von 10 & mgr; g, die die flüssige Masse entweder Ausbilden eines Meniskus um einen festen oder aufsteigend ein faseriges Medium misst. Wicking Tests wurden durchgeführt unter Berücksichtigung eine eindimensionale Charakterisierung (Richtung entlang der Fasern) , ^{8, 9.} Quasi-unidirektionale Gewebe verwendet , um das Verfahren zur Validierung waren Kohlenstoff unidirektional (UD) Gewebe , bei einer V _f = 40%. Sobald das Verfahren validiert wurde, Flachs Gewebe wurden einer thermischen Behandlung t eingereichtHut modifiziert das Benetzungsverhalten von Fasern ⁶ und wicking Tests wurden mit unterschiedlichen Faservolumenverhältnissen durchgeführt (von 30% bis 40%) sowohl für unbehandelten und behandelten Flachsgewebe. Um zu bestimmen , morphologischen und Benetzungsparameter mindestens zwei wicking Tests sind obligatorisch: der erste mit einer völlig benetzende Flüssigkeit, wie n-Hexan, um zu bestimmen , C (Gleichung 1) und die zweite mit der interessierenden Flüssigkeit, um zu bestimmen , der scheinbare Kontaktwinkel einmal C bekannt ist . Im ersten Ansatz wurde Wasser verwendet, um das Verfahren zu bewerten.

Dieses Verfahren kann auf verschiedene Stoffe und Flüssigkeiten angewendet werden, so dass für die Bewertung des Einflusses von Materialgeometrie (Morphologie von Gewebe), Porosität (unterschiedliche Faservolumenverhältnisse), und die Viskosität und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit auf der kapillaren Imprägnierungs Phänomene. Es ist offensichtlich, dass das Verfahren gemäß der Washburn-Theorie (Gleichung 1) nur, wenn wicking cu erlassenRVE (m² (t)) von dem Tensiometer aufgezeichnet haben einen linearen Trend. Dies bedeutet, dass die Parameter in Gleichung 1 muss während des gesamten Prozesses wicking konstant bleiben. Ist dies nicht der Fall ist, wie für Flachs Verstärkungen in Wasser, weil Fasern unterziehen ^{10 Schwellung, 11} sollte die Washburn – Gleichung modifiziert werden , um die Wirkung der Quellung aufzunehmen , um die Tests richtig ⁹ zu beschreiben. Die behandelten Gewebe wurden zur Wasseraufnahme ⁹ bis weniger empfindlich gefunden. Geometrische Faktoren und Benetzungsparameter kann aus linearen fits gemessen werden, so dass für die Berechnung der Kapillardruck P _cap.