Wicking Tests für unidirektionale Gewebe: Die Messungen der Kapillar-Parameter Kapillardruck in Liquid Composite Molding Verfahren zur Bewertung

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Faserkapillardruckwerte zu bewerten, die für die Auslegung von Flüssigverbundformprozessen erforderlich sind. Dieses Verfahren kann dazu beitragen, eine Schlüsselfrage im Bereich der Verbundwerkstoffherstellung durch Flüssigverbundformverfahren zu beantworten, nämlich die Bildung von Voids und Dry-Spots in großen und komplexen Verbundbauteilen. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass sie mit einem Standard-Tensiometer und jeder Art von Verstärkung für Verbundwerkstoffe verwendet werden kann.

Dieses Verfahren wird von Monica Francesca Pucci, Doktorandin am George Friedel Laboratorium, hier in den Ecole Mines Saint-Etienne, demonstriert. Um mit der Probenvorbereitung zu beginnen, schneiden Sie einen Stoffstreifen senkrecht zur Maserung, der 20 Millimeter breit ist und ein Faservolumen von 40 % hat. Rollen Sie den Streifen zu einem engen Zylinder und stellen Sie sicher, dass er gleichmäßig ausgerollt ist. Wickeln Sie die Probe in Filterpapier ein, das nicht dicker als 0,1 Millimeter ist.

Führen Sie die Probe vorsichtig in den Probenhalter ein und achten Sie darauf, dass das Gewebe durch das Filterpapier gleichmäßig vom Halter getrennt ist. Schrauben Sie die Kappen des Probenhalters ein, um die Gewebeprobe unter dem Kolben zu verdichten. Nach der Vorbereitung der Gewebeprobe klemmen Sie den Probenhalter an das Tensiometer.

Füllen Sie einen 70 Millimeter breiten Behälter aus Borosilikatglas mit n-Hexan bis zu einer Höhe von 12 Millimetern. Stellen Sie den Behälter auf die Höhenplattform des Tensiometers. Stellen Sie in der Tensiometer-Software die Übersetzungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsbehälters auf 0,5 Millimeter pro Sekunde und den Schwellenwert für die Oberflächenerkennung auf acht Milligramm ein.

Starten Sie dann den Krankheitstest. Sobald die Flüssigkeit mit der Probe in Kontakt kommt, überwachen Sie die Zunahme der Flüssigkeitsmasse im Laufe der Zeit in der Gerätesoftware. Wenn die Flüssigkeit den oberen Rand der Probe erreicht, was sich in keiner weiteren Zunahme der Masse zeigt, ist der Test zu beenden.

Passen Sie das lineare Segment der Sicking-Kurve an die Washburn-Gleichung an. Und bestimmen Sie die geometrische Konstante mit null Grad für den fortschreitenden Kontaktwinkel. Entfernen Sie den Probenhalter und den Behälter mit Hexan vom Tensiometer.

Öffnen Sie den Probenhalter und entnehmen Sie die Stoffprobe. Tauchen Sie dann den Probenhalter 30 Sekunden lang in Sulfochromsäure. Spülen Sie den Probenhalter mit destilliertem Wasser aus und trocknen Sie ihn unter einem Druckluftstrom.

Bereiten Sie eine identische Stoffprobe vor, die in Filterpapier eingewickelt ist. Und legen Sie es in den sauberen, trockenen Probenhalter für die vorrückende Kontaktwinkelmessung. Schließen Sie den Probenhalter.

Legen Sie einen 70 Millimeter breiten, mit Wasser gefüllten Behälter aus Borosilikatglas bis zu einer Tiefe von 12 Millimetern in das Tensiometer. Und klemmen Sie den Probenhalter in das Tensiometer. Stellen Sie die Parameter des Tensiometers ein und führen Sie den Krankheitstest durch.

Passen Sie die Sicking-Kurve unter Verwendung des zuvor berechneten geometrischen Faktors an die Washburn-Gleichung an. Und bestimmen Sie den vorrückenden Kontaktwinkel. Entfernen Sie den Probenhalter und reinigen Sie ihn mit Sulfochromsäure und destilliertem Wasser.

Und trocknen Sie den Halter mit Druckluft. Legen Sie ein Stück Filterpapier in den Probenhalter, um den Beitrag des Flüssigkeitsgewichts durch den Probenhalter und das Filterpapier zu bewerten. Befestigen Sie den Probenhalter in einem Behälter mit Hexan im Tensiometer.

Führen Sie den Krankheitstest durch und passen Sie die Kurve an die Washburn-Gleichung an. Subtrahieren Sie den Gewinn der quadrierten Masse vom vorherigen Hexan-Testwert. Korrigieren Sie die geometrische Konstante anhand des Massengewinns aus der Flüssigkeitsaufnahme durch das Filterpapier und den Probenhalter.

Reinigen Sie den Probenhalter und legen Sie ein weiteres Stück Filterpapier ein. Stellen Sie den Probenhalter in einen Behälter mit Wasser im Tensiometer. Führen Sie den Krankheitstest durch und passen Sie die Kurve an die Washburn-Gleichung an.

Subtrahieren Sie den Wert der quadrierten Massenverstärkung vom vorherigen Wassertestwert, und korrigieren Sie den fortschreitenden Kontaktwinkel. Carbongewebe wurde mit diesem Verfahren bewertet. Sowohl im Hexan- als auch im Wassertest ist die Krankheitskurve linear.

Anhand des scheinbaren vorschiebenden Kontaktwinkels und der aus dem geometrischen Faktor ermittelten Werte kann der Kapillardruck bestimmt werden. Bei der Bewertung von behandelten und unbehandelten Flachsgeweben mit Hexan zeigten beide Gewebe einen linearen Trend bei der Krankheit. Bei der Auswertung mit Wasser folgten die unbehandelten Flachsproben jedoch keinem linearen Trend, was eine Bestimmung des fortschreitenden Kontaktwinkels verhinderte.

Dieser Unterschied wurde darauf zurückgeführt, dass die unbehandelten Fasern während des Sicking-Prozesses anschwollen, was sich auf das endgültige Gleichgewichtsgewicht und die Sick-Geschwindigkeit auswirkte. Eine modifizierte Washburn-Gleichung, die die Quellung berücksichtigt, wurde verwendet, um den Kapillardruck in unbehandeltem Flachs zu bestimmen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie den Kapillardruck abschätzen können, um die Bildung von Hohlräumen oder Trockenstellen in Verbundteilen zu verhindern, die durch Flüssigverbundformverfahren hergestellt werden.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in 30 Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, auf die Faserorientierung zu achten. Im Anschluss an dieses Verfahren können Tests in der anderen Faserrichtung durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B. die Wechselwirkung zwischen der Autotrophie der Gewebeverstärkungen und der Autotrophie der Kapillareffekte.

Nach dieser Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für die Forschung auf dem Gebiet der Kapillareffektcharakterisierung, um die Kapillardrucksprünge in Hybridkompositen zu erforschen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Sulfochromsäure äußerst gefährlich sein kann. Und Vorsichtsmaßnahmen wie angemessene Belüftung, Handschuhe und Schutzbrille müssen immer getroffen werden, wenn Sie dieses Verfahren versuchen.