טכניקה חדשה עבור הפעלת לחץ איחוד-והופה שקית ואקום כדי לבדות הלוגן מורכב המתואר. המטרה של פרוטוקול זה היא לפתח טכניקה פשוטה, חסכונית כדי לשפר את האיכות של הלוגן מפוברק על ידי שיטת שקית ואקום והופה רטוב.
עבודה זו ממחישה פרוטוקול כדי לשפר את האיכות של הלוגן מורכב מפוברק על ידי תהליכים שקית ואקום והופה רטוב באמצעות מגנט שפותחו לאחרונה בסיוע הפרדות צבע (MACM) טכניקת הייצור. בטכניקה זו, קבועים magnets מנוצלים כדי להחיל בלחץ גבוה מספיק איחוד בשלב ריפוי. כדי לשפר את עוצמת השדה המגנטי, לכן, כדי להגדיל את הלחץ דחיסת מגנטי, המגנטים ממוקמים על צלחת העליון מגנטי. ראשית, כל תהליך הכנת והופה מורכב על התחתונה מגנטי פלדה צלחת באמצעות התהליך שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב. שנית, השמה של קבוצת-בורון ניאודימיום ברזל קבועים magnets, מסודרים לסירוגין קוטביות, על שקית ואקום מודגם. לאחר מכן, מוצגים ההליכים ניסיוני כדי למדוד את דחיסת מגנטיים לחץ ונפח השברים של המרכיבים ללא הפרדות צבע. לבסוף, שיטות השתמשו כדי לאפיין מיקרו ואת התכונות המכאניות של הלוגן מורכב נדונים בפירוט. התוצאות להוכיח את יעילותה של השיטה MACM לשיפור האיכות של קליעת ליי-אפ רטוב שקית ואקום הלוגן. שיטה זו אינה דורשת השקעות הון גדול עבור אבזור או ציוד, יכול לשמש גם כדי לאחד גיאומטריים מורכבים חלקים מורכבים על-ידי הצבת את המגנטים על התאמת תבנית העליון ממוקם על שואב האבק.
פולימר מחוזקים סיבים מרוכבים היה בשימוש נרחב רכב1,2, וחלל3,4, ימית5,6ו7,הבנייה8 תעשיות בגלל שלהם מאפיינים ייחודיים כגון חוזק מסוים גבוה ומודולוס, התנהגות חיובית עייפות, עמידות בפני קורוזיה. כיום, הלוגן ללא הפרדות צבע באיכות גבוהה בעיקר מיוצרים באמצעות שכבות של בד מראש ספוג (prepreg) ריפא ב החיטוי תחת טמפרטורה גבוהות ולחץ קונסולידציה גבוהה של 0.27-0.69 MPa (40-100 psi)9. למינטים ללא הפרדות צבע באיכות נמוכה יותר המיוצרים על ידי תהליך והופה רטוב, איפה החיזוק בלחץ גבוה אינו מוחל. תהליך זה הוא מהגידולים, לא דורשת ציוד יקר, מתבצע על-ידי הצבת רובדי אחת של בד יבש על תבנית והחלת לאחר מכן שרף. ברוב היישומים, גלגלת ידניים משמש כדי לאלץ את השרף חיזוק סיבים, סוחטים עודף שרף. הרצף הזה חוזר על עצמו עד לעובי הרצוי מתקבל. איכות הלוגן המיוצר על ידי והופה רטוב ניתן לשפר במידה רבה על-ידי החלת שילוב של ואקום (נקרא התהליך שקית ואקום והופה רטוב) ולחץ על איחוד נוספים ב החיטוי במהלך הריפוי. הפעלת לחץ קונסולידציה גבוהה במהלך תרופה מקלה על הזרם שרף המוביל לעלייה השבר נפח סיבים והסרת10,חללים11 ובאמצעי שיפור של תכונות מכניות. אברהם. et al. 12 הראו כי הלוגן ללא הפרדות צבע E-זכוכית לארוג רגיל באיכות גבוהה עם חלק קטן נפח סיבים של-64%, נמוך נפח חלל השבר של 1.6% יכול להיות מפוברק באמצעות והופה רטוב שואב האבק כאשר בלחץ קונסולידציה של 1.2 MPa חלה ב החיטוי.
חללים הם אחד הליקויים הנפוצים ביותר שנוצרו במהלך הייצור של הלוגן ללא הפרדות צבע. חללים מיקרונים אחדים ועד כמה מאות מיקרונים נוצרות בעיקר בשל האוויר כלואה במהלך והופה, התפרקה לחות שרף וגירוש שיכללו חומרים נדיפים במהלך הריפוי13,14,15. כמו כן, הדינמיקה של הספגה של חיזוק סיבי נמצאים יש השפעה משמעותית על מלכוד void16,17. מקובל כי הנוכחות של חללים עשוי פלסטיק ללא הפרדות צבע יכול להוביל לירידה משמעותית של כוח13,18,19,20,מודולוס21, שבר קשיחות22, עייפות חיים23,24 מתוך הלוגן. למשל, ג’אד, רייט25 מצא כי כל עלייה של 1% בתוכן חלל (עד 4%), תוצאות כ- 7% ירידה של מאפייני הטיית קרן קצרה. יתר על כן, Ghiorse26 מצא כי באפוקסי פחמן מרוכבים, עבור כל 1% עלייה תוכן void, לירידה 10% הטיה interlaminar וכוח flexural, על הפחתת 5% מודולוס flexural, ניתן לראות. בנוסף, חללים יש השפעות שליליות על קראק חניכה, הפצת, כמו גם לחות הקליטה27,28. זה ידוע כי שיעור ספיגת הלחות עבור הלוגן כשהתוכן void גבוהה יותר הוא גדול יותר, הלחות נספג עלול לגרום להידרדרות של ממשק סיבים-מטריקס, נחות לטווח ארוך תכונות מכניות29, 30,31,32. לכן, כדי להבטיח עקביות של תכונות מכאניות ולהשיג את האיכות הגבוהה ביותר של מוצרים ללא הפרדות צבע, התוכן הריק צריך להיות ממוזער.
למרות אשפרה עשוי פלסטיק ללא הפרדות צבע ב החיטוי מייצרת חלקים באיכות גבוהה, אמינות, עלות המוצר יהיה גבוה עקב השקעות הון ראשוני ושימוש עודף אנרגיה. בנוסף אוטוקלב תרופה, מגוון רחב של טכניקות כגון העברת שרף בסיוע ואקום צורניים (VARTM) ותהליך הריקודים הלטיניים יש פותחה, נהגה לפברק הלוגן מורכב מחוץ אוטוקלב32,33, 34 , 35 , 36. עם זאת, בשל היעדר לחץ אחיד, גבוהה, הלוגן המיוצר על ידי שיטות אלה לעיתים קרובות יש תכונות מכניות נמוכה יותר בהשוואה לאלו שנעשו אוטוקלאבים37. לאחרונה, טכניקה חדשנית המכונה מגנט מורכב בסיוע ייצור (MACM) יש כבר מנוצל לשיפור האיכות של קליעת ליי-אפ רטוב שקית ואקום הלוגן מורכב על-ידי החלת לחץ איחוד שנוצר על ידי קבוצה של מתח גבוה קבוע מגנטים38,39. היישום של טכניקה זו הוארך אז כדי לייצר באיכות גבוהה, מבניים הלוגן מורכב מחוץ החיטוי באמצעות טמפרטורה גבוהה קבועים magnets40.
בנייר זה, מוצג פרוטוקול לייצור והופה רטוב שקית ואקום ללא הפרדות צבע הלוגן בטכניקה MACM. ב- MACM,-בורון ניאודימיום ברזל קבועים magnets מנוצלים כדי להחיל קונסולידציה גבוהה מספיק לחץ במהלך הריפוי, לפיכך, לשפר את איכות הלוגן. ראשית, הכנת 6 רובדי, לארוג רגיל E-זכוכית אפוקסי והופה מורכב על צלחת תחתית פלדה מתואר. לאחר מכן, הסידור של קבועים magnets ב קוטביות לסירוגין על צלחת פלדה העליון הוא הפגין, יחד עם מיקומו על שקית ואקום למרוח לחץ איחוד והופה ללא הפרדות צבע. בסופו של דבר, אנחנו חלוקה לרמות את השלבים למדידת לחץ הדחיסה מגנטי, כמו גם השיטות המשמשות את האפיון של שברים נפח החלל וסיבים, מיקרו המכאניות של הלוגן מורכב. היעילות של תהליך MACM נבדק על ידי בדיית והופה רטוב שקית ואקום הלוגן שנעשו תחת הלחץ מגנטי, השוואת המאפיינים שלהם לאלה מפוברק על ידי קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב שואב האבק ללא מגנטים. התוצאות המתקבלות להוכיח את היכולת של שיטת MACM כדי לשפר את האיכות הכולל למינציה. בשיטה זו ניתן ליישם לפברק רכיבים מורכבים גדולים ומורכבים גאומטרית בקלות יחסית, ויש דרך בעלות נמוכה ופשוטה של ייצור באיכות גבוהה הלוגן.
היישום של לחץ קונסולידציה גבוהה במהלך התרופה של עשוי פלסטיק ללא הפרדות צבע חשוב במיוחד לייצור חלק ללא הפרדות צבע באיכות גבוהה47. אם הלחץ החיצוני אינו מוחל למינציה נרפאה רק תחת ואקום, החלק האחרון בדרך כלל יכיל תוכן חלל גבוה, ואולי העולה על 5% על-ידי אמצעי האחסון ולאחר שרף לא רצויים אזורים עשירים48. תוכן void גבוהה, סיבים נמוכה נפח שבר ואזורי שרף עשיר גורמים להשפיע לרעה על התכונות המכאניות של הלוגן ללא הפרדות צבע. בעבודה זאת, טיפול נסיוני הפעלת לחץ קונסולידציה גבוהה במהלך לרפא עשוי פלסטיק בתהליך שקית ואקום והופה רטוב הוא תיאר29. בטכניקה זו, ראשית, והופה ללא הפרדות צבע מוגש על צלחת כלי התחתון מגנטי לפי תהליך שקית ואקום קונבנציונאלי קליעת ליי-אפ רטוב. לאחר מכן, קבוצה של קבועים magnets, המצורפת צלחת פלדה העליון מגנטי, מושם על שואב האבק. במחקר זה, יוחלו מגנטים תוך הגדלת הטמפרטורה והופה עד 60 ° צלזיוס, איפה צמיגות שרף פוחתת באופן משמעותי. הפעלת לחץ בזמן אחר, כגון הנקודה gelation, ייתכן התשואה. בשירותים עם מאפיינים שונים-13,–40,–49 רמת הלחץ מגנטי יישומית תלוי הפער בין הצלחת התחתונה מגנטי מגנטים. לפיכך, אנו מציגים את הליך למדידת לחץ מגנטי שנוצר על ידי מגנט כפונקציה של הפער (קרי, והופה עובי).
כדי לקבוע את היעילות של MACM, רטוב והופה הלוגן שקית ואקום עם המרכיבים השונים גשמי מיוצרים באמצעות שישה תרחישים עם ובלי לחץ הדחיסה מגנטי. לאחר מכן, נדגים את השלבים המפורטים פלואורסנציה שברים נפח החלל וסיבים, מיקרו, ומאפייני flexural של הלוגן ללא הפרדות צבע. כדי להעריך את נפח שברים של המרכיבים ללא הפרדות צבע, שרף-הכוויה ההשעיה. השיטות שימוש42לסירוגין. התוצאות שהוצגו להראות כי באמצעות דחיסת מגנטיים לחץ משמעותי מגבירה את השבר נפח סיבים, הקטנת הריק מתוכן החלקים. בנוסף, לניתוח microstructural של הפרדות צבע, סריקת הדמיה מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM), והם נותן תובנה המיקום ותכונות גיאומטרי של חללים15. לדוגמה, איור 3 מראה השימוש לחץ מגנטי במהלך הריפוי הוא גם מועיל בהפחתת גודל והן מספר חללים, ולכן מקטין את ההסתברות של20,מוקדמת כשל24. כתוצאה מכך, גורמים אלה לשפר במידה רבה את מאפייני flexural הלוגן. עם זאת, האפקטיביות של MACM שונה בהתאם לסוג של המרכיבים ללא הפרדות צבע (סיבים ושרף).
למרות פבריקציה נוספת של הלוגן בשיטה זו היא פשוטה, יש לנקוט במהלך הסידור והמיקום של קבועים magnets כפי שהם יוצרים לחץ גבוה מאוד (קרי, בלחץ המרבי של 0.64 מגפ ס). המגבלה של שיטה זו היא כי צלחת כלי התחתון צריך להיות מגנטי, כגון נירוסטה 400-series, זה חייב להיות קבוע נגד התנועה לפני השמה של מגנטים,. כי כוח משיכה מגנטי עשוי להעביר משמרת את הצלחת כלפי מעלה. בנוסף, הלחץ שהוחלו על ידי מגנטים תלוי בעובי למינציה. לדוגמה, NdFeB, N52-2.54 × 2.54 × 1.27 ס”מ3 קבועים magnets אינם מסוגלים לייצר לחץ קונסולידציה גבוהה (> 0.1 MPa) כאשר העובי והופה מרוכבים חורג 6.5 מ מ. במקרה זה, מגנטים חזקים יותר צריך להיות מנוצל כדי להשיג רמות קונסולידציה גבוהה.
השיטה הציג נוח לשימוש ויש לו היתרון על פני תאי לחץ כי הוא אינו דורש ציוד יקר ו- tooling. אמנם לא הובהר כאן, שיטה זו ישימה באופן כללי אלא גם שקית ואקום והופה רטוב אלא גם לתהליכים אחרים ייצור להגהות, כגון out-של-החיטוי ריפוי של prepregs והעברת שרף בסיוע ואקום צורניים (VARTM). יתר על כן, רכיבים מורכבים גדולים יכול להיות מפוברק בקלות יחסית על ידי הזזה את המגנטים לאורך שואב האבק אם סיכה מתאים משמש בין המגנטים שואב האבק. בנוסף, למיטב ידיעתנו, זו השיטה היחידה אשר מאפשרת הפעלת לחץ מקומי, כמו גם לא אחידה והופה ללא הפרדות צבע. כיוון עתידי של שיטה זו היא לייצר חלקים מרוכבים גיאומטריים מורכבים, אבל במקום הנחת את המגנטים על צלחת שטוחה, הם יוטלו על תבנית מתאימים, העליון.
The authors have nothing to disclose.
המחברים תודה החנות המכונה AME-אוניברסיטת אוקלהומה שעזרת לי לעשות כייר ו את ייצור הקמה חברי הפרדות ייצור במעבדת המחקר, ד”ר יוסף ק’ חמידי, רפי מיכאלשוילי מ Yalcinkaya ו יעקב אנדרסון עבור מועיל דיונים.
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 |