Las pruebas de mecha para unidireccionales Tejidos: Las mediciones de parámetros para evaluar capilar capilar de presión en los procesos de líquido compuesto de moldeo

Durante la impregnación de refuerzos fibrosos en los procesos de líquidos de moldeo de material compuesto (LSM), el flujo de la resina es impulsado por un gradiente de presión. efectos capilares tienen un efecto adicional que puede competir con el gradiente de presión, dependiendo de los parámetros del proceso. Su influencia en el proceso por lo tanto tiene que ser evaluado ^{1, 2.} Esto se puede hacer mediante la definición de una presión capilar aparente, P _tapa, modificando el gradiente de presión inicial ^3. Este parámetro puede ser insertado posteriormente en modelos numéricos para simular flujos durante los procesos y predecir con precisión la formación de vacío ^4.

La impregnación espontánea de un tejido por un líquido (efecto de mecha) puede ser descrita por la ecuación de Washburn ^5. Originalmente, la ecuación de Washburn describe el ascenso capilar de un líquido en un tubo. Esta ecuación was extendieron entonces para estructuras porosas, tales como refuerzos fibrosos, que se pueden aproximar a una red de tubo capilar. Considerando un soporte de la muestra cilíndrica con un radio, R, lleno de un medio poroso, la ecuación de Washburn se modificó en forma de ganancia de masa al cuadrado (m² (t)) con el tiempo, de la siguiente ^6:

(1)

donde c es un parámetro que representa el tortuosidad, r es el radio medio de los poros, y ε = 1-V _f es la porosidad (V _f siendo la relación en volumen de fibra). Todos los parámetros de los corchetes se refieren a la morfología y la configuración del medio poroso, y que se pueden consolidar en una constante, C, se refiere como el "factor medio poroso geométrica." Los otros parámetros expresan lala dependencia de la mecha sobre las interacciones entre el medio y el líquido (a través de ρ, η y γ _L, que son, respectivamente, la densidad, la viscosidad y la tensión superficial del líquido, y por medio de θ _a, un aparente avance de ángulo de contacto).

En paralelo, el flujo a través de un medio poroso generalmente se modela con la conocida ley de Darcy ^7, que se refiere una velocidad de fluido equivalente, v _D, a la caída de presión a través de la permeabilidad del medio, K, y la viscosidad del líquido, η . Esta ecuación también permite la expresión de la ganancia de masa con una raíz cuadrada del tiempo y por lo tanto a la consideración de la equivalencia entre las dos ecuaciones. De esta equivalencia entre la ecuación de Washburn y la ley de Darcy, la presión capilar se define entonces como sigue ^8:

Aquí, el foco principal es describir el procedimiento experimental para medir los factores geométricos y la aparente avance de los ángulos de contacto para las telas unidireccionales, con el objetivo de determinar la presión capilar. Este método se basa en el uso de un tensiómetro para realizar pruebas de efecto de mecha (Figura 1). Un tensiómetro es una microbalanza con una resolución de 10 g que mide la masa de líquido que forma ya sea un menisco alrededor de un sólido o ascendiendo un medio fibroso. Pruebas de efecto de mecha se llevaron a cabo teniendo en cuenta una caracterización unidimensional (dirección a lo largo de las fibras) ^{8, 9.} Telas cuasi-unidireccionales utilizados para validar el procedimiento fueron (UD) telas de carbono unidireccionales en una V _f = 40%. Una vez que se ha validado el método, telas de lino fueron sometidos a un tratamiento térmico tsombrero modifica el comportamiento de humectación de las fibras ^6, y las pruebas de efecto de mecha se realizaron con diferentes relaciones de volumen de fibra (de 30% a 40%) para ambas telas de lino tratadas y no tratadas. Para determinar los parámetros morfológicos y humectantes, al menos dos pruebas de mecha son obligatorios: el primero con un líquido totalmente-humectantes, como n-hexano, para determinar C (Ecuación 1), y el segundo uno con el líquido de interés, determinar el ángulo de contacto de avance aparente una vez que C se conoce. En el primer enfoque, se usó agua para evaluar el procedimiento.

Este método se puede aplicar a diferentes tejidos y líquidos, lo que permite la evaluación de la influencia de la geometría del material (la morfología de los tejidos), la porosidad (diferentes relaciones de volumen de fibra), y la viscosidad y la tensión superficial de líquido en los fenómenos de impregnación capilar. Es obvio que el procedimiento de acuerdo con la teoría de Washburn (Ecuación 1) se puede adoptar sólo si absorbe la curves (m² (t)) registrado por el tensiómetro tienen una tendencia lineal. Esto significa que los parámetros en la Ecuación 1 debe permanecer constante durante todo el proceso de efecto de mecha. Si este no es el caso, como refuerzos de lino en agua, porque las fibras se someten a la hinchazón ^{10, 11,} la ecuación de Washburn debe ser modificado para incluir el efecto de la inflamación con el fin de describir las pruebas correctamente ^9. Los tejidos tratados se encontró que eran menos sensibles a la absorción de agua ^9. Factores geométricos y parámetros humectantes pueden medirse a partir ajustes lineales, lo que permite el cálculo de la presión capilar, P _tapa.