Wicking testes para unidirecionais Tecidos: Medidas de capilar parâmetros para avaliar a pressão capilar em Processos Líquido Composite Moldagem

Durante a impregnação de reforços fibrosos em processos de moldagem compósito líquidos (LSM), o fluxo da resina é accionado por um gradiente de pressão. efeitos de capilaridade têm um efeito adicional que pode competir com o gradiente de pressão, dependendo dos parâmetros do processo. A sua influência sobre o processo tem por isso de ser avaliada ^{1, 2.} Isto pode ser feito definindo uma pressão capilar aparente, _tampão P, a modificação do gradiente de pressão inicial de ^3. Este parâmetro pode ser subsequentemente inserido modelos numéricos, a fim de simular os fluxos durante os processos e para prever com precisão a formação de vazios ^4.

A impregnação espontânea de um tecido por um líquido (wicking) pode ser descrito pela equação Washburn ^5. Originalmente, a equação Washburn descrito a subida capilar de um líquido num tubo. Esta equação was, em seguida, estendida para estruturas porosas, tais como reforços fibrosos, que pode ser aproximada a uma rede de tubo capilar. Considerando-se um suporte de amostras cilíndricas com um raio r, cheio com um meio poroso, a equação Washburn foi modificado sob a forma de ganho de massa quadrado (m² (t)) ao longo do tempo, como se segue ^6:

(1)

em que c é um parâmetro que representa a tortuosidade, R é o raio de poro médio, e ε = 1 _V-f é a porosidade (V _f sendo a proporção em volume da fibra). Todos os parâmetros nos colchetes referem-se à morfologia e configuração do meio poroso, e eles podem ser consolidados em uma constante, C, referido como o "fator meio poroso geométrica." Os outros parâmetros de expressar odependência da absorção sobre as interações entre o meio eo líquido (através ρ, η e γ _L, que são, respectivamente, a densidade, viscosidade e tensão de superfície do líquido, e por meio θ _um, um ângulo de contacto de avanço aparente).

Em paralelo, o fluxo através de um meio poroso é geralmente modelada com a conhecida lei de Darcy ^7, que refere uma velocidade de fluido equivalente, v _D, para a queda de pressão através da permeabilidade do meio, K, e a viscosidade do líquido, η . Esta equação permite também a expressão do ganho de massa sobre uma raiz quadrada do tempo e, portanto, para a consideração da equivalência entre as duas equações. Deste equivalência entre a equação de Washburn e a lei de Darcy, a pressão capilar foi então definida como segue ^8:

Aqui, o foco principal é descrever o procedimento experimental para medir os fatores geométricos e as aparentes avançando ângulos de contato para tecidos unidirecionais, com o objectivo de determinar a pressão capilar. Este método baseia-se na utilização de um tensiómetro de realizar testes de wicking (Figura 1). Um tensiómetro é uma microbalança com uma resolução de 10 ug, que mede a massa líquida, quer formando um menisco em torno de um sólido ou de um meio fibroso ascendente. Wicking testes foram realizados considerando uma caracterização unidimensional (direcção ao longo das fibras) ^{8, 9.} Quasi-tecidos unidireccionais utilizados para validar o processo (UD) foram tecidos de carbono uni-direccional em um V _f = 40%. Uma vez que o método foi validado, linho tecidos foram submetidos a um tratamento térmico tchapéu modifica o comportamento de humedecimento de fibras ^6, e os testes foram realizados de capilaridade com diferentes proporções de volume de fibra (de 30% a 40%) para ambos os tecidos de linho não tratados e tratados. Para determinar os parâmetros morfológicos e molhantes, pelo menos dois testes de capilaridade são obrigatórios: o primeiro com um líquido totalmente-humedecimento, tal como n-hexano, para determinar C (Equação 1), e o segundo com o líquido de interesse, para determinar o ângulo de contacto de avanço aparente quando C é conhecida. Na primeira abordagem, a água foi utilizada para avaliar o procedimento.

Este método pode ser aplicado para diferentes tecidos e líquidos, permitindo a avaliação da influência da geometria do material de (a morfologia dos tecidos), porosidade (diferentes proporções de volume de fibra), e a viscosidade e a tensão superficial do líquido sobre os fenómenos de impregnação capilar. É óbvio que o procedimento de acordo com a teoria de Washburn (Equação 1) pode ser adoptado, apenas se wicking Curves (m² (t)) registrado pelo tensiômetro tem uma tendência linear. Isto significa que os parâmetros na Equação 1 deve permanecer constante durante todo o processo de capilaridade. Se este não for o caso, como reforços de linho em água, porque as fibras passam por inchaço ^{10, 11,} a equação Washburn deve ser modificado para incluir o efeito de inchaço, a fim de descrever os testes adequadamente ^9. Tecidos tratados foram encontrados para ser menos sensíveis à absorção de água ^9. Factores geométricos e parâmetros de molhagem pode ser medido a partir de ajustes lineares, permitindo o cálculo da pressão capilar, _{tampão P.}