فتل اختبارات أحادي الاتجاه الأقمشة: قياسات شعرية معلمات لتقييم الضغط شعري في العمليات السائل المركب صب

الهدف العام من هذا الإجراء هو تقييم قيم الضغط الشعيري للألياف المطلوبة لتصميم عمليات تشكيل المركبات السائلة. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على سؤال محوري في مجال تصنيع المركبات عبر عمليات تشكيل المركبات السائلة، والمتعلق بتكوين الفراغات والبقع الجافة في الأجزاء المركبة الكبيرة والمعقدة. وتكمن ميزة هذه التقنية في إمكانية استخدامها مع جهاز قياس التوتر السطحي القياسي وأي نوع من مواد التدعيم المستخدمة في المركبات.

ستقوم مونيكا فرانسيسكا بوتشي، طالبة الدكتوراه في مختبر جورج فريدل هنا في مدرسة المناجم بسان إتيان (Ecole Mines Saint-Etienne)، بشرح هذا الإجراء. لبدء تحضير العينة، اقطع شريطاً من القماش بشكل عمودي على اتجاه النسيج بحيث يكون عرضه 20 millimeters وبحجم ألياف يبلغ 40%. لف الشريط على شكل أسطوانة محكمة، مع التأكد من لفه بشكل متساوٍ في جميع أجزائه. غلف العينة بورق ترشيح لا يتجاوز سمكه 0.1 millimeters.

أدخل العينة بعناية في حامل العينات، مع التأكد من أن النسيج مفصول بشكل منتظم عن الحامل بواسطة ورقة الترشيح. اربط أغطية حامل العينة لضغط عينة النسيج تحت المكبس. بعد تحضير عينة النسيج، قم بتثبيت حامل العينة في جهاز قياس الشد (tensiometer).

املأ وعاءً من زجاج البوروسيليكات بعرض 70 مليمتر بـ n-hexane حتى يصل ارتفاع السائل إلى 12 مليمتر. ضع الوعاء على منصة رفع مقياس التوتر السطحي. في برنامج مقياس التوتر السطحي، اضبط سرعة إزاحة وعاء السائل على 0.5 مليمتر في الثانية وعتبة اكتشاف السطح على ثمانية مليجرامات.

بعد ذلك، ابدأ اختبار التشرب. وبمجرد ملامسة السائل للعينة، راقب زيادة كتلة السائل بمرور الوقت عبر برنامج الجهاز. وعندما يصل السائل إلى أعلى العينة، وهو ما يظهر من خلال عدم حدوث زيادة إضافية في الكتلة، أنهِ الاختبار.

قم بمطابقة الجزء الخطي من منحنى التشرب باستخدام معادلة واشبورن (Washburn equation). ثم حدد الثابت الهندسي باستخدام زاوية تلامس تقدمية مقدارها صفر درجة. قم بإزالة حامل العينة وحاوية الهكسان من جهاز قياس التوتر السطحي.

افتح حامل العينة وأزل عينة القماش. بعد ذلك، اغمر حامل العينة في حمض السلفوكروميك لمدة 30 ثانية. اشطف حامل العينة بالماء المقطر وجففه تحت تيار من الهواء المضغوط.

قم بتحضير عينة مماثلة من القماش الملفوف والمغلف بورق ترشيح. ثم ضعها في حامل العينات النظيف والجاف لقياس زاوية التلامس المتقدمة. أغلق حامل العينات.

ضع وعاءً من زجاج البوروسيليكات بعرض 70 millimeter مملوءاً بالماء، حتى عمق 12 millimeter، في جهاز قياس التوتر (tensiometer). ثم قم بتثبيت حامل العينة في جهاز قياس التوتر. اضبط معلمات جهاز قياس التوتر وأجرِ اختبار الامتصاص (sicking test).

قم بمطابقة منحنى الامتصاص مع معادلة واشبورن (Washburn equation) باستخدام العامل الهندسي المحسوب سابقاً. ثم حدد زاوية التماس المتقدمة. قم بإزالة حامل العينة وتنظيفه باستخدام حمض السلفوكروميك والماء المقطر.

وجفف الحامل باستخدام الهواء المضغوط. ضع قطعة من ورق الترشيح في حامل العينة كعينة ضابطة لتقييم مساهمة وزن السائل من حامل العينة وورق الترشيح. ثبت حامل العينة في وعاء يحتوي على hexane في جهاز قياس التوتر السطحي (tensiometer).

أجرِ اختبار التشريب (sicking test) وقم بمطابقة المنحنى مع معادلة واشبورن (Washburn equation). اطرح مربع زيادة الكتلة من قيمة اختبار الهكسان السابقة. قم بتصحيح الثابت الهندسي بناءً على زيادة الكتلة الناتجة عن امتصاص السائل بواسطة ورقة الترشيح وحامل العينة.

قم بتنظيف حامل العينة وأدخل قطعة أخرى من ورق الترشيح. ضع حامل العينة في وعاء به ماء داخل جهاز قياس التوتر السطحي (tensiometer). أجرِ اختبار الامتصاص وقم بمطابقة المنحنى مع معادلة Washburn.

اطرح قيمة زيادة الكتلة المربعة من قيمة اختبار الماء السابق، ثم قم بتصحيح زاوية التلامس المتقدمة. تم تقييم القماش الكربوني باستخدام هذا الإجراء. وفي كلا اختباري الهكسان والماء، يكون منحنى التشرب خطياً.

يمكن تحديد الضغط الشعيري باستخدام زاوية التلامس المتقدمة الظاهرية والقيم المحددة من العامل الهندسي. وعندما تم تقييم أقمشة الكتان المعالجة وغير المعالجة باستخدام الهكسان، أظهر كلا القماشين اتجاهاً خطياً في التشرّب. ومع ذلك، عند التقييم باستخدام الماء، لم تتبع عينات الكتان غير المعالجة اتجاهاً خطياً، مما حال دون تحديد زاوية التلامس المتقدمة.

وعُزي هذا الاختلاف إلى انتفاخ الألياف غير المعالجة أثناء عملية التشريب، مما أثر على وزن التوازن النهائي وسرعة التشريب. وقد استُخدمت معادلة واشبورن المعدلة التي تأخذ الانتفاخ في الاعتبار لتحديد الضغط الشعيري في الكتان غير المعالج. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تقدير الضغط الشعيري من أجل منع تكون الفراغات أو البقع الجافة في الأجزاء المركبة المصنعة بواسطة عمليات صب القوالب المركبة السائلة.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون 30 دقيقة إذا أُجريت بشكل صحيح. وأثناء محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم الانتباه إلى اتجاه الألياف. وبالتتابع مع هذا الإجراء، يمكن إجراء اختبارات في الاتجاه الآخر للألياف من أجل الإجابة على أسئلة إضافية مثل التفاعل بين تعزيزات النسيج والتباين الاتجاهي (autotrophy)، والتباين الاتجاهي للتأثيرات الشعرية.

بعد هذا التطوير، مهدت هذه التقنية الطريق للأبحاث في مجال توصيف التأثير الشعيري، لاستكشاف قفزات الضغط الشعيري في المركبات الهجينة. يجب التذكر أن العمل مع حمض السلفوكروميك يمكن أن يكون خطيراً للغاية؛ لذا يجب دائماً اتخاذ الاحتياطات اللازمة مثل التهوية المناسبة وارتداء القفازات ونظارات السلامة عند تنفيذ هذا الإجراء.