Wicking Test per unidirezionali Tessuti: Misure di capillare parametri per valutare capillare pressione nei Processi Liquid Composite Molding

Durante impregnazione dei rinforzi fibrosi nei processi liquidi stampaggio composito (LSM), il flusso di resina è guidato da un gradiente di pressione. effetti capillari hanno un effetto aggiuntivo che può competere con il gradiente di pressione, a seconda dei parametri di processo. La loro influenza sul processo deve quindi essere valutata ^{1, 2.} Questo può essere fatto definendo una pressione capillare apparente, _cap P, modificando il gradiente di pressione iniziale ^3. Questo parametro può essere successivamente inserito modelli numerici per simulare flussi durante i processi e di prevedere con precisione formazione di vuoti ^4.

L'impregnazione spontanea di un tessuto da un liquido (traspirante) può essere descritto dall'equazione Washburn ^5. Originariamente, l'equazione di Washburn descritto la risalita capillare di un liquido in un tubo. Questa equazione was quindi esteso per strutture porose, come rinforzi fibrosi, che può essere approssimata a una rete capillare. Considerando un portacampioni cilindrica con raggio, R, riempito con un mezzo poroso, l'equazione di Washburn stato modificato in forma di guadagno di massa al quadrato (mq (t)) nel tempo, come segue ^6:

(1)

dove c è un parametro che rappresenta tortuosità, r è il raggio medio dei pori, e ε = 1-V _f è la porosità (V _f è il rapporto volume delle fibre). Tutti parametri tra parentesi quadre riguardano la morfologia e la configurazione del mezzo poroso, e possono essere consolidati in una costante, C, denominato "fattore geometrico mezzo poroso." Gli altri parametri esprimono ladipendenza della traspirazione sulle interazioni tra il mezzo e il liquido (attraverso ρ, η, e γ _L, che sono rispettivamente, la densità, la viscosità e la tensione superficiale del liquido, e attraverso _un θ, un angolo di contatto di avanzamento apparente).

In parallelo, il flusso attraverso un mezzo poroso è solitamente modellato con la ben nota legge di Darcy ^7, che riguarda una velocità del fluido equivalente, v _D, alla caduta di pressione attraverso la permeabilità del mezzo, K, e la viscosità del liquido, η . Questa equazione consente anche per l'espressione del guadagno di massa in una radice quadrata del tempo e quindi per la considerazione della equivalenza tra le due equazioni. Da questa equivalenza tra l'equazione di Washburn e la legge di Darcy, la pressione capillare è stato quindi definito come segue ^8:

Qui, l'obiettivo principale è quello di descrivere la procedura sperimentale per misurare i fattori geometrici e gli angoli di contatto avanzanti apparenti per tessuti unidirezionali, allo scopo di determinare la pressione capillare. Questo metodo si basa sull'utilizzo di un tensiometro per eseguire prove traspirazione (Figura 1). Un tensiometro è una microbilancia con una risoluzione di 10 ug che misura la massa liquida sia formando un menisco intorno un solido o crescente un supporto fibroso. Prove traspirazione state effettuate considerando una caratterizzazione monodimensionale (direzione lungo le fibre) ^{8, 9.} Tessuti Quasi-unidirezionali utilizzati per convalidare la procedura erano unidirezionali (UD) tessuti di carbonio alla V _f = 40%. Una volta che il metodo è stato validato, tessuti di lino sono stati sottoposti ad un trattamento termico tcappello modifica il comportamento di bagnatura delle fibre ⁶ e prove traspirazione sono state effettuate con differenti rapporti in volume fibra (dal 30% al 40%) per entrambi i tessuti di lino non trattati e trattati. Per determinare i parametri morfologici e bagnanti, almeno due prove traspirazione sono obbligatorie: la prima con un liquido totalmente-bagnante, come n-esano, per determinare C (Equazione 1), ed il secondo con il liquido di interesse, per determinare l'angolo di contatto di avanzamento apparente volta C è noto. Nel primo approccio, l'acqua è stato utilizzato per valutare la procedura.

Questo metodo può essere applicato a diversi tessuti e liquidi, consentendo la valutazione dell'influenza della geometria materiale (morfologia dei tessuti), porosità (diversi rapporti in volume fibra), e la viscosità e la tensione superficiale del liquido sulle fenomeni capillare impregnazione. È evidente che il procedimento secondo la teoria Washburn (Equazione 1) può essere adottata solo se traspirazione cuRVES (m² (t)) registrato dal tensiometro hanno un andamento lineare. Ciò significa che i parametri in Equazione 1 devono rimanere costante durante l'intero processo di assorbimento. Se questo non è il caso, come rinforzi lino in acqua, poiché le fibre subiscono rigonfiamento ^{10, 11,} l'equazione di Washburn deve essere modificato per includere l'effetto di rigonfiamento per descrivere le prove correttamente ^9. Tessuti trattati sono stati trovati per essere meno sensibili all'assorbimento di acqua ^9. Fattori geometrici e parametri bagnanti possono essere misurati da attacchi lineari, consentendo il calcolo della pressione capillare, _{cap P.}