JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Magneet bijgestaan samengestelde productie: Een flexibele nieuwe techniek voor het bereiken van hoge consolidatie druk in vacuüm zak/Lay-opwaarts processen

Published: May 17, 2018
doi:
10.3791/57254
, ,
1School of Aerospace and Mechanical Engineering,University of Oklahoma

Summary

Een nieuwe techniek voor consolidatie druk uit te oefenen op de vacuümzak lay-up te fabriceren van composiet-laminaten wordt beschreven. Het doel van dit protocol is het ontwikkelen van een eenvoudige, kosteneffectieve techniek om de kwaliteit van laminaat vervaardigd door de natte lay-up vacuümzak methode.

Abstract

Dit werk toont een protocol ter verbetering van de kwaliteit van samengestelde laminaten vervaardigd door natte lay-up vacuümzak processen met behulp van de onlangs ontwikkelde magneet geassisteerd samengestelde productie (MACM) techniek. Bij deze techniek, worden permanente magneten gebruikt om een voldoende hoge consolidatie druk uitoefenen tijdens de uithardende fase. Om de intensiteit van het magnetisch veld, en dus het vergroten van de druk van de magnetische verdichting, de magneten worden geplaatst op een magnetische bovenplaat. Ten eerste, de gehele procedure van het opstellen van de samengestelde lay-up op een magnetische bodem stalen plaat met behulp van de conventionele natte lay-up vacuümzak proces wordt beschreven. Ten tweede, de plaatsing van een aantal permanente magneten van Neodymium-ijzer-borium, gerangschikt in wisselende polariteit, op de vacuüm zak wordt geïllustreerd. Vervolgens worden de experimentele procedures voor het meten van de magnetische verdichting druk en volume breuken van de samengestelde bestanddelen gepresenteerd. Tot slot worden de methoden voor het karakteriseren van de microstructuur en mechanische eigenschappen van composiet-laminaten in detail besproken. De resultaten bewijzen de doeltreffendheid van de methode van de MACM bij het verbeteren van de kwaliteit van natte lay-up vacuümzak laminaten. Deze methode vereist geen grote investeringen voor gereedschappen of apparatuur en kan ook worden gebruikt om te consolideren geometrisch complex samengestelde delen door het plaatsen van de magneten op een bijpassende top mal gepositioneerd op de vacuum zak.

Introduction

Polymeer vezelversterkte composieten hebben op grote schaal gebruikt in de automotive1,2, lucht-en ruimtevaart3,4, mariene5,6en bouw7,8 industrieën vanwege hun unieke eigenschappen zoals de hoge specifieke sterkte en modulus, het gunstige vermoeidheid gedrag en weerstand tegen corrosie. Momenteel, kwalitatief hoogwaardige composiet-laminaten zijn hoofdzakelijk vervaardigd gebruikend lagen van vooraf geïmpregneerd weefsel (prepreg) in een autoclaaf onder hoge temperatuur en hoge consolidatie druk van 0,27 0,69 genezen MPa (40-100 psi)9. Iets lagere kwaliteit composiet-laminaten zijn geproduceerd door het natte lay-up proces, waar een hogere druk van de consolidatie niet wordt toegepast. Dit proces is arbeidsintensief, vereist geen dure apparatuur, en wordt uitgevoerd door het plaatsen van een der lagen van droge stof op een mal en vervolgens toe te passen hars. In de meeste toepassingen, wordt een hand-held roller gebruikt om te dwingen de hars tot de versterking van de vezels en knijp uit overtollige hars. Deze volgorde wordt herhaald totdat de gewenste dikte is verkregen. De kwaliteit van het laminaat geproduceerd door natte lay-up kan sterk worden verbeterd door een combinatie van vacuüm (genoemd de natte lay-up vacuümzak proces) en een extra consolidatie druk in een autoclaaf tijdens behandeling toe te passen. Hoge consolidatie druk uit te oefenen tijdens de kuur vergemakkelijkt de hars flow, leidt tot een toename in de vezel volume breuk en een verwijdering van de holten10,11 , hetgeen in versterking van de mechanische eigenschappen resulteert. Abraham et al. 12 bleek dat kwalitatief hoogwaardige platbinding E-glas samengestelde laminaten met een vezelrijk volume Fractie van ongeveer 64% en laag dode volume deel van 1,6% kunnen worden vervaardigd met behulp van de natte lay-up vacuümzak wanneer de druk van een consolidatie van 1.2 MPa is toegepast in een autoclaaf.

Vides zijn een van de meest voorkomende defecten die zijn gevormd tijdens de vervaardiging van samengestelde laminaten. Vides variërend van een paar microns tot enkele honderden micron bestaan voornamelijk te wijten aan de prikroller lucht tijdens lay-up, vocht in de hars ontbonden en verdreven van vluchtige stoffen tijdens de kuur13,14,15. Ook, zijn de dynamiek van impregneren van vezelig versterking gevonden te hebben van een significant effect op ongeldig entrapment16,17. Het is algemeen aanvaard dat de aanwezigheid van leegtes in een samengestelde laminaat tot een aanzienlijke vermindering van de sterkte13,18,19, modulus20,21, fractuur leiden kan taaiheid22, en vermoeidheid leven23,24 van het laminaat. Bijvoorbeeld, Judd en Wright25 vond dat elke verhoging van 1 procent in ongeldig inhoud (tot 4%), resulteert in een ongeveer 7% daling in de korte lichtbundel schuintrekken eigenschappen. Bovendien, Ghiorse26 gevonden dat in koolstof/epoxy composieten, voor elke stijging van 1% van de nietig inhoud, een vermindering van 10 procent in interlaminar schuintrekken en buigsterkte en een afname van de buigsterkte modulus van 5% kan worden gezien. Daarnaast vides nadelige gevolgen hebben voor spleet initiatie, evenals propagatie en vocht absorptie27,28. Het is bekend dat de snelheid van absorptie van vocht voor laminaten met hogere nietig inhoud groter, en het geabsorbeerde vocht leiden de verslechtering van de vezel-matrix interface en inferieur langdurige mechanische eigenschappen29tot kan, 30,31,32. Dus, om te zorgen voor samenhang van de mechanische eigenschappen en de hoogste kwaliteit van samengestelde producten te bereiken, moet de void inhoud worden geminimaliseerd.

Hoewel het genezen van een samengestelde laminaat in een autoclaaf produceert betrouwbare, kwalitatief hoogwaardige onderdelen, zou de productkosten hoog als gevolg van de initiële kapitaalinvesteringen en buitensporig energieverbruik. Naast autoclaaf zijn cure, een breed scala aan technieken zoals vacuüm geassisteerde resin transfer molding (VARTM) en het proces van de Quickstep ontwikkeld en gebruikt voor het fabriceren van samengestelde laminaten uit autoclaaf32,33, 34 , 35 , 36. als gevolg van het ontbreken van een uniforme, hoge druk, de laminaten geproduceerd door deze methoden vaak wel lagere mechanische eigenschappen vergeleken met die in autoclaven37. Onlangs, een nieuwe techniek genoemd magneet geassisteerd composiet productie (MACM) is gebruikt voor de verbetering van de kwaliteit van natte lay-up vacuümzak composiet-laminaten door een consolidatie druk gegenereerd door een verzameling van de hoge macht permanent toe te passen magneten38,39. De toepassing van deze techniek werd vervolgens uitgebreid tot het produceren van kwalitatief hoogwaardige, structurele composiet-laminaten uit een autoclaaf met behulp van hoge-temperatuur permanente magneten40.

In deze paper wordt een protocol voor het vervaardigen van natte lay-up vacuümzak composiet-laminaten met behulp van MACM techniek gepresenteerd. In MACM, worden Neodymium-ijzer-borium permanente magneten gebruikt om een voldoende hoge consolidatie pressiemiddelen tijdens genezen, en dus, verbetering van de kwaliteit van laminaat. Ten eerste, de voorbereiding van 6-laags, met platbinding E-glas/epoxy composiet lay-up op een stalen bodemplaat wordt beschreven. Vervolgens, de rangschikking van permanente magneten in alternerende polariteit op een stalen bovenplaat is aangetoond, samen met de plaatsing op de vacuüm zak een consolidatie druk uitoefenen op de samengestelde lay-up. Tot slot schetsen we de stappen voor het meten van magnetische verdichting druk, evenals de methoden die worden gebruikt voor de karakterisering van de leegte en vezels volumegehalten microstructuur en mechanische eigenschappen van composiet-laminaten. De doeltreffendheid van het MACM-proces wordt onderzocht door het fabriceren van natte lay-up vacuümzak laminaten gemaakt onder magnetische druk en vergelijken hun eigenschappen aan die gefabriceerd door de conventionele natte lay-up vacuümzak zonder magneten. De bereikte resultaten bewijzen het vermogen van de MACM-methode de totale laminaat kwaliteit te verbeteren. Deze methode is een goedkope en eenvoudige manier van productie van hoge kwaliteit laminaat en kan worden toegepast om grote en geometrisch complexe samengestelde componenten met relatief gemak.

Protocol

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) vóór gebruik. Gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, full-length broek en schoenen van gesloten-teen). 1. materialen Snijd 6 lagen van 20,3 cm х 15.2 cm, met platbinding glasweefsel met een roterende stof cutter.Opmerking: De platbinding stof kan worden vervangen door andere vormen van stof, met inbegrip van nonwoven, willekeurige matten. Carbon vezels kan ook worden gebruikt bij deze methode. Het systeem van de hars door eerste weging van de epoxyhars, INF (40 g), op een getarreerde evenwicht, en dan het toevoegen van de verharder, INF (10.96 g), met een massaverhouding van 100 tot 27,4 voor te bereiden. Roer het mengsel van het epoxymengsel (met 37 rad s-1) tot volledig dispersie is bereikt (voor 5 min).Opmerking: (1) de soort hars kan vervangen worden met elk type hars geschikt voor natte lay-up vacuümzak processen. (2) de selectie van epoxy hars-naar-verharder verhouding is afhankelijk van de combinatie van hars en verharder. (3) de selectie van het gewicht van het mengsel epoxymengsel is afhankelijk van de gewenste vezel volume Fractie van voltooide gedeelte en het bedrag verwachte afval zoals de hoeveelheid hars bloeden uit, resterende hars op de borstel, enz. Gelet op het gewicht van de 6-lagen van weefsel te worden ongeveer 34 g, de hars vezel/verhouding van 60 naar 40, gewichtsprocent, werd gekozen. Ontgas de hars (ongeveer 15 min) in de val van de hars te verwijderen van alle gevangen lucht gevormd tijdens het mengen van de epoxyhars en de verharder. 2. samengestelde productie met behulp van magnetische druk in een natte Lay-up vacuümzak proces Opmerking: Figuur 1 toont een vereenvoudigde schema voorbereiding van samengestelde lay-up en magnetische druk uit, die wordt beschreven in de punten 2.1-2.15. Het bereiden van al het materiaal dat nodig is voor het experiment: Plaats van vijfentwintig N52 Neodymium-ijzer-borium (NdFeB) permanente magneten (2,54 cm lengte, 2.54 cm breedte en 1,27 cm dikte), gemagnetiseerde door hun dikte, op een 4.76 mm dik stalen bovenplaat. Schik de magneten in 5 × 5 vierkante configuratie in wisselende polariteit. Tijdens de regeling en de plaatsing van permanente magneten, wees voorzichtig want er een risico van letsel is. Plaats een 0,3 mm dik aluminium darmvlies plaat (20.3 х 15.2 cm2) vooraf bedekt met PTFE release agent precies in het midden van een geperforeerde verwijderbare beschermingsfolie (26.7 х 21.6 cm2). Gebruik van 12,7 mm breed polyester tape naar band de omtrek van het darmvlies plaat aan de verwijderbare beschermingsfolie. Plaats een cassette 12,7 mm breed plakkerige langs de rand van een 43,2 × 27,9 cm2 -gebied op het oppervlak van een 6.35 mm dik, 61.0 × 61.0 cm2, stalen bodemplaat gereedschap. Vóór het leggen van het weefsel, breng een laagje hars op de plaat van gereedschap, bedekt met een laag van nonporous PTFE-gecoate polyester verwijderbare beschermingsfolie (76 µm dik). Toepassing net genoeg hars te verzadigen de eerste der lagen van weefsel. Plaats de eerste der lagen van stof, en met een roller, druk en knijp uit overtollige hars. Volledig verzadigen de vezel bed door een kleine hoeveelheid extra hars op de top van het weefsel te gieten en vervolgens verspreiden gelijkmatig over het hele gebied met verfkussens. Herhaal stap 2.4 en 2.5 voor alle lagen (6-ply in dit geval). Zorg ervoor dat alle lagen zijn volledig verzadigd met hars en dat ongeveer dezelfde hoeveelheid hars (~8.5 g) wordt gebruikt voor elke ply. Plaats de plaat darmvlies, gekoppeld aan de geperforeerde verwijderbare beschermingsfolie, op de top van de vezel voorgevormde, gevolgd door een laag van 0,5-inch breed polyester tape rond de omtrek van de verwijderbare beschermingsfolie. Twee stukken van adempauze/ontluchting doek aan de vezel voorgevormde invoegen en plaatsen van het stuk van de onderkant van de twist lock vacuüm ventiel bovenop de adempauze doek. Zorg ervoor dat de klep ver genoeg van de verzadigde voorgevormde ligt ter bescherming van de klep van contact met de overtollige hars. Verwijder het papier steun van de plakkerige tape en plaats de vacuümzak op de plaat hulpmiddel terwijl u het stevig tegen de tape te verzegelen het. Sluit één zijde van de vacuum slang aan het bovenste stuk van vacuüm ventiel en de andere kant op de drukregelaar, verbonden met de vacuümpomp. Doe een kleine gleuf in de zak waar het stuk van de onderkant van de klep is, steek het bovenste stuk van het vacuüm ventiel in het gat en vervolgens draai voorzichtig het gesloten zodat de tas onder doet niet rimpel. Start de vacuümpomp totdat een constante vacuüm druk van 93 kPa (13,5 psi) is bereikt als u wilt verwijderen van een vluchtige stoffen die ontstaan tijdens de kuur en overtollige hars. Zorg ervoor dat het vacuümsysteem lekkage gratis. Klem de vier randen van de bodemplaat van de tool om een draagvlak. De bodemplaat van de tool moet worden vastgesteld tegen beweging vóór plaatsing van magneten, omdat de magnetische aantrekkingskracht kracht kan verplaatsen en verschuiven van de plaat naar boven. Het toestaan van het laminaat te genezen gedurende 45 minuten bij kamertemperatuur, dan plaatst u de set van magneten (bereid in sectie 2.1.1) op de vacuümzak, gevolgd door het verhogen van de temperatuur van de plaat gereedschap tot 60 ° C op een oprit tarief van ~ 5 ° C/min.Opmerking: (1) de cyclus van de behandeling is afhankelijk van de hars geselecteerd. (2) siliconen rubber warmte bladen worden geplaatst onder de plaat van de tool voor verwarming. Na het uitharden gedurende 8 uur bij 60 ° C, verwijder de vacuüm zak en demold het samengestelde laminaat.Opmerking: Om te beoordelen van de verbetering van de kwaliteit van laminaat als gevolg van magnetische druk uit te oefenen, wij verzonnen een reeks laminaten met behulp van een conventionele natte lay-up vacuümzak proces zonder enige externe druk uit te oefenen. De kwaliteit van deze laminaten was vergeleken met die uit hoofde van magnetische druk. Om laminaten met behulp van conventionele natte lay-up vacuümzak, stappen 2.1.2 tot en met 2.15 werden gevolgd, met uitzondering van de plaatsing van magneten. Om te beoordelen van de herhaalbaarheid van elke productie-procédé, werd een tweede laminaat vervaardigd onder identieke omstandigheden. 3. meting van de druk van de magnetische verdichting De bovenste plaat aan het einde van de cel van de belasting op een mechanische testen instrument koppelen. Plaats één N52 Neodymium-ijzer-borium permanente magneet op de roerende bodemplaat, die wordt geplaatst op een voldoende afstand (ten minste 25 mm) van de bovenkant plaat op het begin van de test vastgesteld.Opmerking: Voor het meten van magnetische kracht, zowel boven- als onderkant platen moeten worden gemaakt van magnetisch materiaal zoals staal. De bodemplaat omhoog verplaatsen met een lage snelheid van 1-2 mm/min naar de bovenste plaat en opnemen van de gegenereerde magnetische kracht tijdens het meten van de overeenkomstige verplaatsing van het lineair variabele differentiaaltransformator (LVDT) bij een sampling rate van 6 Hz.Opmerking: (1) de snelheid van deze test is essentieel, omdat de kracht gegenereerd door magneten exponentieel is afhankelijk van de luchtspleet tussen. (2) alle magnetische metingen worden uitgevoerd bij kamertemperatuur. Blijven volgen van de compressie van de magnetische kracht totdat de oppervlaktelaag van de magneet de bovenste plaat raakt. Bereken de druk van de magnetische verdichting door het verdelen van de magnetische kracht door de oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de magneet. 4. hars Burn-off en Thermogravimetrische analyse (TGA) Hars burn-off Snij drie exemplaren van elke laminaat voor een hars burn-off testen volgens de ASTM D2584-11 specificaties41. Plaats elk specimen in een smeltkroes van afzonderlijke porselein en noteer de gewichten van specimens alsmede de filterkroezen met bodem. Plaats de filterkroezen met monsters in een oven, zet de oven, het verhogen van de temperatuur van de oven tot 600 ° C en laat de hars te branden-off voor ongeveer 4 uur. Uitschakelen van de oven, zorgvuldig openen de deur van de oven, en laat ze afkoelen tot kamertemperatuur voordat u verwijdert de filterkroezen met bodem. Na de Cooling-down, verwijderen de filterkroezen met bodem van de oven en weegt de herstelde glasvezels.Opmerking: De vezels kunnen afvallen tijdens de hars burn-off. Het bedrag van het verlies van het gewicht van de vezels wanneer ze worden blootgesteld aan hoge temperaturen kan worden bepaald door de Thermogravimetrische analyse (TGA). Thermogravimetrische analyse (TGA) Het meten van het gewichtsverlies van de vezel als een functie van de verhoging van de temperatuur in de lucht op atmosferische druk met TGA. Plaats van ongeveer 30 mg van de vezel in een platina pan en het laden in de TGA-apparaat. Oprit van de temperatuur van 25 ° C tot 600 ° C met een snelheid van 15 ° C/min, houd de temperatuur voor 4 h en berekenen de percentage vermindering van gewicht. Het gewicht-verlies percentage van de vezels worden verwerkt tijdens de vezel volume breuk en berekeningen van de Fractie van de dode volume.Opmerking: Volgens de TGA testresultaten bij 600 ° C, het gewichtsverlies voor platbinding en willekeurige mat preforms gebruikt in deze studie zijn 0,2 en 5.46%, respectievelijk. 5. leegte en Fiber Volume breuk berekening Het bepalen van de dichtheid van het samengestelde monster, matrix en vezels: De schorsing methode42 gebruiken om te bepalen van de dichtheid van composiet specimen van de bulk.Opmerking: Voor deze methode, een transparante zware vloeistof met een dichtheid van 2,49 g/cm3 wordt gebruikt zodat het samengestelde monster in eerste instantie zwevend wordt weergegeven wanneer in de zware vloeistof ondergedompeld. De dichtheid van het zware vloeistof verminderen door toevoeging van 3 mL water en mengen van de oplossing door magneetroerder op 105 rad s-1 voor 5 min. Herhaal deze stap totdat het samengestelde monster begint te langzaam schorten in het zware vloeistof/water mengsel. Zodra de dichtheid van de oplossing is aangepast zodat het model geschorst in de zware vloeistof en water mengsel blijft, meet de dichtheid van de oplossing met behulp van een kopje soortelijk gewicht. Void-vrije hars exemplaren met behulp van de dezelfde kuur cyclus gegeven in stappen 2.14 en 2.15 en vervolgens het bepalen van de dichtheid van genezen hars specimens volgens dezelfde procedure als 5.1.1.1 en 5.1.1.2 voor te bereiden.Opmerking: De dichtheid van genezen INF en EPON exemplaren zijn 1.152 ± 0.003 g/cm3 en 1.171 ± 0.003 g/cm3, respectievelijk. Gebruik een stikstof pyknometer43 met een 10-cm3 kopje te verkrijgen van de dichtheid van de vezel.Opmerking: De dichtheid van de platbinding en willekeurige mat stoffen zijn 2.600 ± 0.003 g/cm3 en 2.470 ± 0,004 g/cm3, respectievelijk. Bereken het gewicht breuk van de vezel en hars volgens ASTM D2584-1141. Berekenen van de leegte en vezels volume breuk na ASTM D3171-15 procedures44(1)(2)(3)waar is de hars volume Fractie, is de vezel volume Fractie, is de Fractie van de dode volume, is de dichtheid van composiet, is de dichtheid van hars, is de dichtheid van de vezel, is de proeven van gewicht, en is het gewicht van de vezels.Opmerking: De onzekerheid voor de dode volume inhoud wordt berekend als45%±0.21. Dit niveau van nauwkeurigheid is voldoende voor de samengestelde laminaten, zelfs wanneer het laminaat een lage-void gehalte van minder dan 1 heeft %. 6. scanning elektronen microscopie (SEM) Imaging Knip twee 25,4 mm × 6,4 mm exemplaren van elke laminaat en insluit in een snelle-cure acryl voor SEM imaging.Opmerking: De specimens zijn ingesloten zodat het oppervlak (via-de-dikte oppervlak) van de kant van het laminaat langs de 25,4 mm monster lengte wordt blootgesteld voor imaging. Gebruik een polijst machine te poetsen van het oppervlak van ingesloten samengestelde monsters met korrel grootte variërend van 30 tot 0,04 µm. Sputter vacht ongeveer 5 nm van goud/palladium op de voorbereide monster een geleidende laag. Monteren van het model naar een monsterhouder en zet het in de kamer van de SEM. Instellen van de SEM imaging parameters zoals versnelling spanning tot 20 kV en de afstand tot 25,5 mm. Meerdere foto’s vastleggen van het laminaat op 35 X of hogere vergroting op verschillende locaties.Opmerking: De geselecteerde vergroting maakt het mogelijk de beoordelingvan vides over een grote oppervlakte van de dwarsdoorsnede, alsmede een visuele vergelijking van de dikte van het laminaat. Nauwkeurige metingen van de laminaat dikte kunnen worden gemaakt met behulp van deze beelden. 7. de karakterisering van de eigenschappen van de buigsterkte Knip een reeks van zeven 12,7 mm breed monsters van elke composiet laminaat voor drie-punt buigende buigsterkte tests volgens ASTM D790-1546 met een diamantgruis zaag. Meet de breedte en de dikte van elk monster met een remklauw. Gebruik van een reeks naar verhouding van de dikte van 24:1 en aanpassen van de overspanning van de steun van de drie-punt buigende test meubilair. Plaats het model op de drie-punt buigende buigsterkte test armatuur gemonteerd op de mechanische testen instrument. De buigsterkte test de snelheid van de crosshead van 2 mm/min uitvoeren en opnemen van het gedrag van de belasting-uitwijking van het model. Herhaal de bovenstaande stappen voor alle specimens te bevestigen en herhaalbaarheid van resultaten zorgen. Zodra het experiment is voltooid, berekenen de buigsterkte, evenals de buigsterkte modulus van de specimens39,40.

Representative Results

Om te onderzoeken van het effect van MACM op de kwaliteit van het laminaat, werden verschillende scenario’s die gebruikmaken van verschillende stof typen en hars systemen beschouwd. Tabel 1 meldt dat het productieproces en de samengestelde bestanddelen van 6-laags, E-glas/epoxy composiet-laminaten vervaardigd in zes verschillende fabricage-scenario’s. In de baseline scenario’s (W-PW-INF, W-RM-INF en W-RM-EPON), de laminaten zijn vervaardigd door natte lay-up vacuümzak zonder druk van buitenaf. De andere drie scenario’s (WM-PW-INF, WM-RM-INF en WM-RM-EPON) worden gebruikt voor het fabriceren van natte lay-up vacuümzak laminaten onder druk van de magnetische verdichting. De kwaliteit van deze laminaten wordt vervolgens vergeleken met die van de baseline scenario’s. In de eerste en tweede scenario’s, W-PW-INF en WM-PW-INF, zijn met platbinding E-glas/INF laminaten gefabriceerd. In de derde en vierde scenario’s, W-RM-INF en WM-RM-INF, de platbinding weefsel wordt vervangen met willekeurige mat en hetzelfde hars systeem (dat wil zeggen, INF) wordt gebruikt. In de vijfde en zesde scenario’s, W-RM-EPON en WM-RM-EPON, de stof is willekeurig mat E-glas, terwijl het systeem van de hars is vervangen door EPON heeft een matig hogere viscositeit van 766.9 mPa s vergeleken met 296 mPa s voor INF hars. Een meer gedetailleerde analyse van de laatste vier scenario’s kan worden gevonden in Pishvar et al. 2017 en Amirkhosravi et al. 201738,39. Figuur 2a presenteert de magnetische druk gegenereerd door NdFeB, N52-2,54 × 2,54 × 1,27 cm3 magneet als een functie van de afstand tussen de magneet en de stalen plaat. Deze afstand komt overeen met de dikte van de lay-up tijdens de fabricage van het samengestelde laminaat, en kan dus worden gebruikt om te bepalen van de variatie van de druk van de verdichting toegepast door de magneten. De inzet in Figuur 2a toont een foto van de experimentele opstelling gebruikt voor het meten van de variatie van de magnetische druk als een functie van de afstand. Zoals uitgelegd in sectie 3 van het protocol, bestaat de opbouw uit twee parallelle stalen platen (12,5 cm × 12,5 cm × 1.8 cm). De bovenste plaat is verbonden met een 4.45 kN (1000 lb) belasting-cel. De bodemplaat is gemonteerd op het Kruis-hoofd van een mechanische testen instrument. De kracht van de attractie van de permanente magneet geplaatst op de bodemplaat wordt met behulp van deze set-up, gemeten als functie van de kloof (dat wil zeggen, de afstand tussen de magneet en de bovenste stalen plaat). De stippellijn in de Figuur 2a geeft de gemeten magnetische druk (force over het gebied van de magneet) door de mechanische testen instrument en de ononderbroken lijn geeft de druk bepaald op basis van de gegevens die door de leverancier van de magneten. Er is over het algemeen grote overeenstemming tussen de gemeten druk en de waarden, verkregen uit de technische fiche door de leverancier verstrekt. Het wordt gezien dat de toename van de magnetische druk exponentieel afhangt van de vermindering van de kloof. Dus, als het laminaat tijdens het genezen consolideert, de dikte van de lay-up verlaagt geleidelijk, en bijgevolg de druk uitgeoefend door de magneet verhoogt. Figuur 2b toont de dezelfde experimentele gegevens gepresenteerd in Figuur 2a , maar voor het bereik van de kloof (dat wil zeggen, lay-up dikte) van 1-4.5 mm. Bovendien, de eerste en laatste magnetische druk uitgeoefend tijdens de genezing van de laminaat bestaat uit verschillende weefsel types (dat wil zeggen, met platbinding en willekeurige mat) en hars systemen (dat wil zeggen, INF en EPON) worden weergegeven in Figuur 2b. De dikte van de lay-up van platbinding/INF laminaten (WM-PW-INF) tijdens de consolidatie neemt af tot 1,5 mm tot 1.4 mm als gevolg van de uitstroom van hars en genezen. Dienovereenkomstig, stijgt de magnetische druk lichtjes van 0.38 tot 0,39 MPa. De dikte van de lay-up van willekeurige mat/INF laminaten (WM-RM-INF) wijzigingen ten opzichte van 2,8 mm tot 1,7 mm en, dientengevolge, de magnetische druk aanzienlijk stijgt van 0,27 tot 0.36 MPa. De lay-up dikte van het laminaat gemaakt met willekeurige mat/EPON (WM-RM-EPON) neemt af tot 3.7 mm tot 2,5 mm, en dus de gegenereerde druk matig stijgt van 0.22 tot 0.29 MPa. Tabel 2 toont de gemiddelde dikte, vezel volume breuk en dode volume breuk van de laminaten vervaardigd met en zonder druk van magnetische consolidatie. Zoals weergegeven in tabel 2, vermindert met behulp van magnetische verdichting druk aanzienlijk de gemiddelde dikte van het laminaat met 12-47%. Zoals verwacht, is de vermindering van de dikte van het laminaat sterk gecorreleerd met de toename van de vezel volume breuk van de laminaten, waar de vezels volume breuk van de laminaat aanzienlijk met 13-98% vanwege de magnetische druk verbetert. Onder alle scenario’s, het effect van magnetische druk uit te oefenen op willekeurige mat/INF laminaten is sterker (dat wil zeggen, 98% toename in vezel volume Fractie) gevolg van twee factoren: (1) een aanzienlijk lagere initiële vezel volume Fractie van ongeperst willekeurige mat laminaat vergeleken met platbinding laminaten, en (2) het gebruik van hars met een lage viscositeit van 296 mPa-s, waardoor gemakkelijker verwijderen van overtollige hars. Het is ook opmerkelijk dat magnetische druk uit te oefenen een extra voordeel heeft in het verminderen van de Fractie van de dode volume van laminaten van 3.4-5,8% tot 1.5-2,7 procent. Dus, is de magnetische druk rijdt niet alleen het overtollige hars, maar ook de vides uit het laminaat. Figuur 3 geeft de SEM beelden van E-glas/epoxy laminaten vervaardigd onder 6 verschillende scenario’s op 35 X vergroting. Voor gemakkelijke visuele vergelijking, de beelden van de laminaat gemaakt zonder een druk van buitenaf worden weergegeven aan de linkerkant en de uit hoofde van magnetische verdichting laminaten worden gepresenteerd aan de rechterkant. Van deze beelden is het duidelijk dat met behulp van de magnetische verdichting druk in sterk verbeterde consolidatie tussen de lagen resulteert en, bijgevolg, tot een aanzienlijke vermindering in de hars-rijke gebieden leidt. Dientengevolge, de dikte van het laminaat wordt opmerkelijk verminderd en de vezel volume breuk wordt verhoogd, met name in de laminaten gemaakt van willekeurige mat weefsel en INF hars (WM-RM-INF). Deze beelden tonen ook aan dat de morfologie van de poriën heel anders in de laminaten gemaakt met en zonder druk van buitenaf is. Magnetische druk uit te oefenen vermindert het aantal leegtes en maakt de poriën kleiner, wat leidt tot een lagere dode volume breuk in de laminaten. Ten slotte, comprimeren de leegtes die zich tussen de lagen bevinden leidt tot meer langwerpige vides. Tabel 3 toont de buigsterkte en de modulus van alle laminaten en de procentuele stijging in belastbaarheid eigenschappen van de laminaat gemaakt onder druk van de magnetische consolidatie. De resultaten tonen duidelijk aan dat de buigsterkte en de elasticiteitsmodulus laminaten zijn aanzienlijk verbeterd door gebruik te maken van de magnetische druk. Een stijging van 98% in de vezel volume Fractie van het willekeurige mat/INF laminaten (WM-RM-INF), terwijl met een ongeldig minimumgehalte aan 1.46%, oorzaken een 62% en 67% stijging van de buigsterkte en de absolute waarde van de laminaten, respectievelijk. Zoals verwacht, de platbinding/INF laminaten (WM-PW-INF) die aanvankelijk tentoongesteld de laagste verbetering van 13% in vezel volume breuk, toonde de verhoging van de laagste, 7% en 22%, in de buigsterkte en modulus, respectievelijk. De verhoging in de eigenschappen van de belastbaarheid van een verscheidenheid van samengestelde laminaten gemaakt onder druk van de magnetische consolidatie bewijst dus het vermogen van de MACM de algemene laminaat kwaliteit te verbeteren. Fabricagescenario Fabric type Hars systeem Productieproces W-PW-INF Met platbinding E-glas INF Conventionele natte lay-up vacuümzak zonder gebruik te maken van externe druk WM-PW-INF Met platbinding E-glas INF Natte lay-up vacuümzak met behulp van magnetische consolidatie druk W-RM-INF Willekeurige mat E-glas INF Conventionele natte lay-up vacuümzak zonder gebruik te maken van externe druk WM-RM-INF Willekeurige mat E-glas INF Natte lay-up vacuümzak met behulp van magnetische consolidatie druk W-RM-EPON Willekeurige mat E-glas EPON Conventionele natte lay-up vacuümzak zonder gebruik te maken van externe druk WM-RM-EPON Willekeurige mat E-glas EPON Natte lay-up vacuümzak met behulp van magnetische consolidatie druk Tabel 1: Details van de bestanddelen en de zes fabricage scenario’s gebruikt bij de vervaardiging van 6-laags composiet-laminaten. Fabricage scenario Gemiddelde dikte (mm) Vezel volume breuk (%) Stijging van de vezel volume breuk (%) Dode volume breuk (%) Afname van de dode volume breuk (%) W-PW-INF 0.98 ± 0,01 45.65 ± 0.82 ― 3.44 ± 0,46 ― WM-PW-INF 0,86 ± 0,01 51.63 ± 0,87 13 1.74 ± 0.39 49 W-RM-INF29 2,28 ± 0,04 24.84 ± 1.14 ― 5.09 ± 0,69 ― WM-RM-INF29 1,21 ± 0,01 49.10 ± 0,87 98 1,46 ± 0,24 71 W-RM-EPON30 3,18 ± 0,01 17.34 ± 0.84 ― 5.81 ± 1,24 ― WM-RM-EPON30 1,99 ± 0,03 26.88 ± 1.99 55 2.71 ± 0.36 53 Tabel 2: gemiddelde dikte, vezel volume breuk en dode volume breuk van de 6-laags laminaat vervaardigd in zes verschillende scenario’s. De procentuele toename van de vezel volume breuk en percentage vermindering van dode volume breuk als gevolg van magnetische verdichting (n = 6 voor fiber volume breuk en dode volume breuk en n = 35 voor gemiddelde laminaat dikte; 95%-betrouwbaarheidsintervallen voor alle data) zijn ook gegeven. Fabricage scenario Buigsterkte (MPa) Stijging van de buigsterkte (%) Buigsterkte modulus (GPa) Stijging van de buigsterkte modulus (%) W-PW-INF 638.9 ± 27,0 ― 24.1 ± 0,5 ― WM-PW-INF 681.1 ± 35,5 7 29.5 ± 0,9 22 W-RM-INF29 218.9 ± 11.4 ― 8.4 ± 0,3 ― WM-RM-INF29 354.6 ±15.5 62 14.0 ± 0.8 67 W-RM-EPON30 158.1 ± 8,9 ― 6.8 ± 0,1 ― WM-RM-EPON30 253.5 ± 20,1 60 9.9 ± 0,6 46 Tabel 3: Buigsterkte en modulus van de samengestelde laminaten en het percentage stijging buigsterkte eigenschappen als gevolg van magnetische verdichting (n = 7 voor de laminaten gemaakt door EPON en n = 14 voor de rest; 95%-betrouwbaarheidsintervallen voor alle gegevens). Figuur 1: een vereenvoudigd schema van de voorbereiding van samengestelde lay-up en toepassing van magnetische druk, zoals beschreven in de sectie Protocol. Voor dit doel, vijfentwintig NdFeB, worden N52-2,54 × 2,54 × 1,27 cm3 permanente magneten gebruikt om de consolidatie druk uitoefenen op de samengestelde lay-up. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 2: (a) Variatie van magnetische druk gegenereerd door NdFeB, N52-2,54 × 2,54 × 1,27 cm3 magneet als een functie van de kloof (dat wil zeggen, lay-up dikte). De inzet toont een foto van de experimentele opstelling gebruikt voor het meten van de magnetische druk. (b) de eerste en laatste magnetische uitgeoefende tijdens het genezen van willekeurige mat/EPON (WM-RM-EPON) laminaten, met platbinding/INF (WM-PW-INF) en willekeurige mat/INF(WM-RM-INF). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 3: SEM afbeeldingen van de 6-laags E-glas/epoxy-composiet-laminaten vervaardigd via een proces van natte lay-up vacuümzak met en zonder gebruik te maken van magnetische druk. (a) W-PW-INF (platbinding/INF laminaat, zonder druk van buitenaf), (b) WM-PW-INF (platbinding/INF laminaat, met magnetische druk), (c) W-RM-INF (willekeurige mat/INF laminaat, zonder druk van buitenaf), () (d) WM-RM-INF willekeurige mat/INF laminaat, met magnetische druk), (e) W-RM-EPON (willekeurige mat/EPON laminaat, zonder druk van buitenaf), en (f) WM-RM-EPON (willekeurige mat/EPON laminaat, met magnetische druk). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

De toepassing van een consolidatie van de hoge druk tijdens de genezing van een samengestelde laminaat is bijzonder belangrijk voor het vervaardigen van een kwalitatief hoogstaande samengestelde deel47. Als de druk van buitenaf niet toegepast wordt en het laminaat is genezen alleen onder vacuüm, zal het laatste deel over het algemeen bevatten hoge nietig gehalte aan eventueel meer dan 5% van het volume en ongewenste hars rijke regio’s48 Hoog gehalte aan nietig, lage vezel volume breuk en hars-rijke gebieden zijn factoren nadelig effect op de mechanische eigenschappen van composiet-laminaten. In dit werk is een experimenteel protocol voor hoge consolidatie druk uit te oefenen tijdens de genezing van een laminaat in de natte lay-up vacuümzak proces beschreven29. Bij deze techniek, eerst, is de samengestelde lay-up voorbereid op een magnetische bodemplaat met gereedschap volgens de conventionele natte lay-up vacuümzak proces. Vervolgens wordt een aantal permanente magneten, aangesloten op een magnetische stalen bovenplaat, geplaatst op de vacuümzak. In deze studie, worden magneten toegepast terwijl het verhogen van de temperatuur van de lay-up tot 60 ° C, waar de hars viscositeit aanzienlijk vermindert. Druk uit te oefenen op een ander tijdstip, zoals de gelering punt, kan opbrengst laminaten met verschillende eigenschappen13,40,49. Het niveau van de toegepaste magnetische druk hangt af van de kloof tussen de magneten en magnetische bodemplaat. Dus presenteren we een procedure voor het meten van magnetische druk gegenereerd door een magneet als een functie van de kloof (dat wil zeggen, lay-up dikte).

Om te bepalen van de effectiviteit van MACM, nat zijn lay-up vacuümzak laminaten met verschillende materiële bestanddelen vervaardigd met behulp van zes scenario’s met en zonder compressie van de magnetische druk. Vervolgens tonen wij de gedetailleerde stappen voor karakterisering van leegte en vezels volumegehalten microstructuur en buigsterkte eigenschappen van composiet-laminaten. Om de volumegehalten van de samengestelde bestanddelen, het hars-branden uit en schorsing methoden zijn gebruikt42. De gepresenteerde resultaten tonen aan dat met behulp van magnetische verdichting druk aanzienlijk de vezel volume breuk verhoogt en de void inhoud van de onderdelen vermindert. Bovendien, p.a. microstructurele van composiet, scanning elektronen microscopie (SEM) beeldvorming wordt gebruikt, en geeft inzicht in de locatie en de geometrische kenmerken van vides15. Figuur 3 toont bijvoorbeeld dat het gebruik van magnetische druk tijdens de kuur ook nuttig is bij het verminderen van zowel de grootte en het aantal leegtes en vandaar de kans op voortijdige falen20,24 vermindert. Bijgevolg is deze factoren sterk verbeteren van de buigsterkte eigenschappen van laminaten. De doeltreffendheid van de MACM verschilt echter afhankelijk van het type van de samengestelde bestanddelen (vezel en hars).

Hoewel vervaardiging van laminaten met deze methode eenvoudig is, wees voorzichtig tijdens de regeling en de plaatsing van permanente magneten als ze een zeer hoge druk (dat wil zeggen, een maximale druk van 0.64 MPa genereren). De beperking van deze methode is dat de bodemplaat van de tool moet magnetische, zoals een 400-serie voor roestvast staal, en het moet worden vastgesteld tegen beweging vóór plaatsing van magneten, omdat de magnetische aantrekkingskracht kracht kan verplaatsen en verschuiven van de plaat naar boven. De toegepaste druk door magneten is bovendien afhankelijk van de dikte van het laminaat. Bijvoorbeeld NdFeB, N52-2,54 × 2,54 × 1,27 cm3 permanente magneten zijn niet in staat voor het genereren van een consolidatie van de hoge druk (> 0.1 MPa) wanneer de samengestelde lay-up dikte 6.5 mm overschrijdt. In dit geval moeten sterkere magneten worden gebruikt om het bereiken van hoge consolidatie niveaus.

De onderhavige methode is gemakkelijk te gebruiken en heeft het voordeel ten opzichte van autoclaven in die zin dat het vereist geen dure apparatuur en gereedschap. Hoewel hier niet opgehelderd, maar deze methode is breed toepasbare niet alleen te natte lay-up vacuümzak maar ook voor andere productieprocessen voor composieten, zoals uit-van-autoclaaf genezen van prepregs en vacuüm geassisteerde resin transfer molding (VARTM). Bovendien kunnen grote samengestelde componenten worden vervaardigd met relatief gemak door te schuiven van de magneten langs de vacuüm zak als een geschikt smeermiddel wordt gebruikt tussen de magneten en het vacuüm zak. Bovendien het beste van onze kennis, is dit de enige methode die het mogelijk de toepassing van zowel lokale als niet-uniforme druk op de samengestelde lay-up maakt. Een toekomstige richting van deze methode is voor de vervaardiging van geometrisch complex samengestelde delen, maar in plaats van het plaatsen van de magneten op een vlakke plaat, kunnen ze worden geplaatst op een matched, bovenste mal.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs bedanken de AME Machine winkel op de Universiteit van Oklahoma voor het helpen om de schimmel en de set-up van de fabricage en de leden van de samengestelde Manufacturing Research Laboratory, Drs. Yousef K. Hamidi, M. Akif Yalcinkaya en Jacob Anderson voor nuttig discussies.

Materials

Plain weave glass fiber Hexcel HexForce 3733 The type of fibers can be substituted with any type of fabrics
Randomly oriented chopped strand glass fiber Fiberglast 248
TenCate EX-1522/IM7 Tencate it is a plain weave carbon/epoxy prepreg
PRO-SET INF-114 Infusion Epoxy Composite Envisions 1758 The type of resin can be substituted with any type of resin suitable for wet lay-up vacuum bag process
PRO-SET INF-211 Medium Infusion Hardener Composite Envisions 1760
EPON 862 Hexion Inc.
EPIKURE Curing Agent 3300 Hexion Inc.
NdFeB, N52-2.54 × 2.54 × 1.27 cm3 K&J Magnetics, Inc. BX0X08-N52 Magnets can be substitued with any type depending on the required pressure and application
OLFA rotary cutter Fibre Glast 1706-A
Tacky tape De-Comp Composites D413Y
Polyester tape De-Comp Composites D574A
Squeegees Fibre Glast 62-A Any type of squeegees can be used
Roller De-Comp Composites D205 Any type of rollers can be used
PTFE-Coated fiberglass fabric sheets McMaster-Carr Supply Company 8577K81
PTFE release agent dry lubricant Miller-Stephenson MS122AD
Perforated release film Fibre Glast 1787-C
Breather cloth De-Comp Composites
Vacuum bag film Rock West Composite WRIGHTLON 7400
Aluminum twist lock vacuum valve De-Comp Composites D401
Vacuum pump Best Value Vacs BVVRS1
Flexible silicone-rubber heat sheets, adhesive backing McMaster-Carr Supply Company 35765K429
400-series steel plate, 6.35 mm-thick The lay-up is prepared on this plate
steel plate, 4.76 mm-thick The magnets are attached to this plate
Aluminum sheet, 0.3-mm thick
Lab stirrer mixer Caframo
Laboratory weigh scale
AccuPyc II 1340 automatic gas pycnometer Micromeritics Instrument Corporation 134/00000/00
Specific gravity cup, 83.2 mL Gardco EW-38000-12
Acrylic cold mounting resin Struers LevoCit
Grinder/polisher Struers LaboSystem
Porcelain crucibles, 30 mL United Scientific Supplies JCT030
Plastic Cups, 12 Oz, clear It is used as epoxy mixing cups
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Amel, H., et al. Introducing a novel manufacturing process for automotive structural/semi structural composite components. Procedia CIRP. 66, 143-146 (2017).
  2. Beardmore, P., Johnson, C. F. The potential for composites in structural automotive applications. Compos Sci Technol. 26 (4), 251-281 (1986).
  3. Irving, P. E., Soutis, C. . Polymer composites in the aerospace industry. , (2015).
  4. Li, Y., Li, N., Gao, J. Tooling design and microwave curing technologies for the manufacturing of fiber-reinforced polymer composites in aerospace applications. Int J Adv Manuf Technol. 70 (1-4), 591-606 (2014).
  5. Mouritz, A. P., Gellert, E., Burchill, P., Challis, K. Review of advanced composite structures for naval ships and submarines. Compos Struct. 53 (1), 21-42 (2001).
  6. Davies, P., Petton, D. An experimental study of scale effects in marine composites. Compos Part A: App Sci Manuf. 30 (3), 267-275 (1999).
  7. Pendhari, S. S., Kant, T., Desai, Y. M. Application of polymer composites in civil construction: A general review. Compos Struct. 84 (2), 114-124 (2008).
  8. Bakis, C. E., et al. Fiber-reinforced polymer composites for construction-State-of-the-art review. J Compos Construct. 6 (2), 73-87 (2002).
  9. Thomas, M. M., Joseph, B., Kardos, J. L. Experimental characterization of autoclave-cured glass-epoxy composite laminates: Cure cycle effects upon thickness, void content, and related phenomena. Polym Compos. 18 (3), 283-299 (1997).
  10. Michaud, V., Mortensen, A. Infiltration processing of fibre reinforced composites: Governing phenomena. Compos Part A: App Sci Manuf. 32 (8), 981-996 (2001).
  11. Wood, J. R., Bader, M. G. Void control for polymer-matrix composites (2): Experimental evaluation of a diffusion model for the growth and collapse of gas bubbles. Compos Manuf. 5 (2), 149-158 (1994).
  12. Abraham, D., Matthews, S., McIlhagger, R. A comparison of physical properties of glass fibre epoxy composites produced by wet lay-up with autoclave consolidation and resin transfer moulding. Compos Part A: App Sci Manuf. 29 (7), 795-801 (1998).
  13. Liu, L., Zhang, B. M., Wang, D. F., Wu, Z. J. Effects of cure cycles on void content and mechanical properties of composite laminates. Compos Struct. 73 (3), 303-309 (2006).
  14. Park, S. Y., Choi, W. J., Choi, H. S. The effects of void contents on the long-term hygrothermal behaviors of glass/epoxy and GLARE laminates. Compos Struct. 92 (1), 18-24 (2010).
  15. Hamidi, Y. K., Aktas, L., Altan, M. C. Three-dimensional features of void morphology in resin transfer molded composites. Compos Part A: App Sci Manuf. 65 (7), 1306-1320 (2005).
  16. Pucci, M. F., Liotier, P. -. J., Drapier, S. Capillary wicking in a fibrous reinforcement-orthotropic issues to determine the capillary pressure components. Compos Part A: App Sci Manuf. 77, 133-141 (2015).
  17. Pucci, M. F., et al. Wetting and swelling property modifications of elementary flax fibres and their effects on the Liquid Composite Molding process. Compos Part A: App Sci Manuf. 97, 31-40 (2017).
  18. Jeong, H. Effects of voids on the mechanical strength and ultrasonic attenuation of laminated composites. J Compos Mater. 31 (3), 276-292 (1997).
  19. Almeida, S. F. M., Neto, Z. d. S. N. Effect of void content on the strength of composite laminates. Compos Struct. 28 (2), 139-148 (1994).
  20. Varna, J., Joffe, R., Berglund, L. A., Lundström, T. Effect of voids on failure mechanisms in RTM laminates. Compos Sci Technol. 53 (2), 241-249 (1995).
  21. Hagstrand, P. O., Bonjour, F., Månson, J. A. The influence of void content on the structural flexural performance of unidirectional glass fibre reinforced polypropylene composites. Compos Part A: App Sci Manuf. 36 (5), 705-714 (2005).
  22. Mouritz, A. Ultrasonic and interlaminar properties of highly porous composites. J Compos Mater. 34 (3), 218-239 (2000).
  23. Maragoni, L., Carraro, P., Peron, M., Quaresimin, M. Fatigue behaviour of glass/epoxy laminates in the presence of voids. Int J Fatigue. 95, 18-28 (2017).
  24. Chambers, A., Earl, J., Squires, C., Suhot, M. The effect of voids on the flexural fatigue performance of unidirectional carbon fibre composites developed for wind turbine applications. Int J Fatigue. 28 (10), 1389-1398 (2006).
  25. Judd, N. C., Wright, W. Voids and their effects on the mechanical properties of composites- an appraisal. SAMPE J. 14, 10-14 (1978).
  26. Ghiorse, S. Effect of void content on the mechanical properties of carbon/epoxy laminates. SAMPE Quart. 24 (2), 54-59 (1993).
  27. Lambert, J., Chambers, A., Sinclair, I., Spearing, S. 3D damage characterisation and the role of voids in the fatigue of wind turbine blade materials. Compos Sci Technol. 72 (2), 337-343 (2012).
  28. Mesogitis, T., Skordos, A., Long, A. Uncertainty in the manufacturing of fibrous thermosetting composites: a review. Compos Part A: App Sci Manuf. 57, 67-75 (2014).
  29. Aktas, L., Hamidi, Y., Altan, M. C. Effect of moisture on the mechanical properties of resin transfer molded composites-part I: absorption. J Mater Process Manuf Sci. 10 (4), 239-254 (2002).
  30. Selzer, R., Friedrich, K. Mechanical properties and failure behaviour of carbon fibre-reinforced polymer composites under the influence of moisture. Compos Part A: App Sci Manuf. 28 (6), 595-604 (1997).
  31. Costa, M. L., Rezende, M. C., Almeida, S. F. M. Effect of void content on the moisture absorption in polymeric composites. Polym Plast Technol Eng. 45 (6), 691-698 (2006).
  32. Muric-Nesic, J., Compston, P., Stachurski, Z. On the void reduction mechanisms in vibration assisted consolidation of fibre reinforced polymer composites. Compos Part A: App Sci Manuf. 42 (3), 320-327 (2011).
  33. Walczyk, D., Kuppers, J. Thermal press curing of advanced thermoset composite laminate parts. Compos Part A: App Sci Manuf. 43 (4), 635-646 (2012).
  34. Khan, L. A., Mahmood, A. H., Ahmed, S., Day, R. J. Effect of double vacuum bagging (DVB) in quickstep processing on the properties of 977-2A carbon/epoxy composites. Polym Compos. 34 (6), 942-952 (2013).
  35. Kwak, M., Robinson, P., Bismarck, A., Wise, R. Microwave curing of carbon-epoxy composites: penetration depth and material characterisation. Compos Part A: App Sci Manuf. 75, 18-27 (2015).
  36. Agius, S., Magniez, K., Fox, B. Cure behaviour and void development within rapidly cured out-of-autoclave composites. Compos Part B: Eng. 47, 230-237 (2013).
  37. Davies, L., et al. Effect of cure cycle heat transfer rates on the physical and mechanical properties of an epoxy matrix composite. Compos Sci Technol. 67 (9), 1892-1899 (2007).
  38. Pishvar, M., Amirkhosravi, M., Altan, M. C. Applying magnetic consolidation pressure during cure to improve laminate quality: a comparative analysis of wet lay-up and vacuum assisted resin transfer molding processes. ASME Int Mech Eng Cong Expos Proc. , (2017).
  39. Amirkhosravi, M., Pishvar, M., Altan, M. C. Improving laminate quality in wet lay-up/vacuum bag processes by magnet assisted composite manufacturing (MACM). Compos Part A: App Sci Manuf. 98, 227-237 (2017).
  40. Pishvar, M., Amirkhosravi, M., Altan, M. C. Magnet assisted composite manufacturing: A novel fabrication technique for high-quality composite laminates. Polym Compos. , (2017).
  41. . . ASTM D2584-11 Standard test method for ignition loss of cured reinforced resins. , (2011).
  42. Anderson, J. P., Altan, M. C. Properties of composite cylinders fabricated by bladder assisted composite manufacturing. J Eng Mater Technol. 134 (4), 044501 (2012).
  43. Webb, P. A. Volume and density determinations for particle technologists. Micromeritics Instru. Corp. 01, (2001).
  44. . . ASTM D3171-15 Standard test methods for constituent content of composite materials. , (2015).
  45. Anderson, J. . Manufacturing and microstructural modeling of geometrically complex composite components produced by bladder assisted composite manufacturing (BACM). , (2013).
  46. . . ASTM D790-15, Standard test methods for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials. , (2015).
  47. Yalcinkaya, M. A., Sozer, E. M., Altan, M. C. Fabrication of high quality composite laminates by pressurized and heated-VARTM. Compos Part A: App Sci Manuf. 102, 336-346 (2017).
  48. Chang, T., Zhan, L., Tan, W., Li, S. Effect of autoclave pressure on interfacial properties at micro-and macro-level in polymer-matrix composite laminates. Fiber Polym. 18 (8), 1614-1622 (2017).
  49. Stringer, L. G. Optimization of the wet lay-up/vacuum bag process for the fabrication of carbon fibre epoxy composites with high fibre fraction and low void content. Composites. 20 (5), 441-452 (1989).

Tags

Magnet Assisted Composite ManufacturingMACMVacuum BagLay-upHigh Consolidation PressureLow-costSimpleLarge Complex PartsWet-layerPrepregVARTMNeodymium MagnetsPlain Weave Glass FiberEpoxy ResinCaul PlatePTFE ReleaseSilicone Heat SheetPTFE-coated Fiberglass Release FilmVacuum Bagging

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Pishvar, M., Amirkhosravi, M., Altan, M. C. Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes. J. Vis. Exp. (135), e57254, doi:10.3791/57254 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image