Wicking Tests voor Unidirectionele Stoffen: Metingen van capillaire Parameters om capillaire druk in Liquid Composite Molding Processen Evalueer

Tijdens impregneren van vezelachtige versterkingen in vloeibare composietbedrijven (LSM) processen, wordt de hars stroming aangedreven door een drukgradiënt. Capillaire werking een extra effect dat kan concurreren met de drukgradiënt, afhankelijk van de procesparameters. Hun invloed op het proces derhalve worden geëvalueerd ^{1, 2.} Dit kan door het definiëren van een schijnbare capillaire druk P _cap, het modificeren van de initiële drukgradiënt ^3. Deze parameter kan vervolgens in numerieke modellen worden ingevoegd om te stromen simuleert de processen en nauwkeurig holtevorming ⁴ voorspellen.

De spontane impregneren van een weefsel met een vloeistof (wicking) kan worden beschreven door de Washburn vergelijking ^5. Oorspronkelijk was de Washburn vergelijking beschreef de capillaire opstijging van een vloeistof in een buis. Deze vergelijking was dan verlengd poreuze structuren, zoals vezelige versterkingen, die kan worden gebracht met een capillair netwerk. Uitgaande van een cilindervormige monsterhouder met een straal R, gevuld met een poreus medium, werd de Washburn-vergelijking ⁶ gewijzigd in de vorm van het kwadraat van massa (m² (t)) in de tijd,:

(1)

waarin c een parameter welke met tortuositeit, r de gemiddelde poriestraal en ε = 1-V _f de porositeit _(Vf waarbij de vezel volumeverhouding). Alle parameters in de vierkante haakjes betreffen de morfologie en de configuratie van het poreuze medium, en ze kunnen worden samengevoegd tot een constante C, aangeduid als de "geometrische poreuze medium factor." De overige parameters geven deafhankelijkheid van wicking de interacties tussen het medium en de vloeistof (tot ρ, η, en γ _L, die respectievelijk de dichtheid, viscositeit en oppervlaktespanning van de vloeistof, en door _een θ, een schijnbare voortschrijdende contacthoek).

Tegelijkertijd wordt de stroming door een poreus medium gewoonlijk gemodelleerd met de bekende Darcy wet ⁷ een equivalent vloeistofsnelheid, v _D betrekking tot de drukval door de permeabiliteit van het medium, K, en de vloeistofviscositeit, η . Deze vergelijking maakt het ook mogelijk voor de expressie van de massa te krijgen over een vierkantswortel van de tijd en dus voor de behandeling van de gelijkwaardigheid tussen de twee vergelijkingen. Vanuit deze gelijkwaardigheid tussen de Washburn vergelijking en de Darcy wet, werd de capillaire druk dan als volgt ⁸ gedefinieerd:

Hierbij ligt de nadruk op de experimentele procedure beschrijven de geometrische factoren en de schijnbare voortschrijdende contacthoeken voor unidirectionele weefsels te meten, met als doel het bepalen van de capillaire druk. Deze werkwijze berust op het gebruik van een tensiometer wicking te testen (figuur 1) uit te voeren. Een tensiometer is een microbalans met een resolutie van 10 ug die meet de vloeibare massa of het vormen van een meniscus rond een vaste of oplopende een vezelig medium. Wicking proeven werden uitgevoerd overweegt een eendimensionale karakterisatie (richting langs de vezels) ^{8, 9.} Quasi-unidirectionele stoffen gebruikt om het te valideren waren koolstof unidirectionele (UD) weefsels bij een _Vf = 40%. Zodra de werkwijze werd gevalideerd werden vlas stoffen aan een thermische behandeling t ingediendpet wijzigt de bevochtiging van vezels ⁶ en wicking proeven werden uitgevoerd met verschillende vezels volumeverhoudingen (van 30% tot 40%) voor zowel onbehandelde en behandelde vlas stoffen. Morfologische en bevochtiging parameters bepalen, tenminste twee absorberende testen zijn verplicht: de eerste met een totaal-bevochtigende vloeistof, zoals n-hexaan, om te bepalen C (vergelijking 1) en de tweede met de vloeistof van belang te bepalen de schijnbare voortschrijdende contacthoek eenmaal C is bekend. In de eerste benadering werd water gebruikt om de procedure te evalueren.

Deze methode kan worden toegepast op verschillende stoffen en vloeistoffen, waardoor de evaluatie van de invloed van de geometrie materiaal (morfologie stoffen), porositeit (verschillende volumeverhoudingen vezel), en de viscositeit en oppervlaktespanning van de vloeistof op capillaire impregnatie verschijnselen. Het is duidelijk dat de werkwijze volgens de Washburn theorie (Vergelijking 1) indien wicking cu kan worden vastgesteldrves (m² (t)) geregistreerd door de tensiometer een lineaire trend. Dit betekent dat de parameters in Vergelijking 1 tijdens het gehele proces wicking constant moet blijven. Indien dit niet het geval, zoals vlas versterkingen in water, omdat vezels ondergaan zwelling ^{10, 11,} dient de Washburn vergelijking worden gewijzigd om het effect van de zwelling om de tests goed ⁹ beschrijven omvatten. Behandelde weefsels bleken minder gevoelig voor waterabsorptie ⁹ zijn. Geometrische factoren en bevochtiging parameters kunnen worden gemeten uit lineaire fits, waardoor de berekening van de capillaire druk P _cap.