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

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Faserkapillardruckwerte zu ermitteln, die für die Auslegung von Liquid-Composite-Molding-Verfahren erforderlich sind. Diese Methode kann helfen, eine zentrale Fragestellung im Bereich der Herstellung von Verbundwerkstoffen mittels Liquid-Composite-Molding-Verfahren zu beantworten, nämlich die Entstehung von Hohlräumen und trockenen Stellen in großen und komplexen Bauteilen. Der Vorteil dieser Technik liegt darin, dass sie mit einem Standard-Tensiometer und jeder Art von Verstärkung für Verbundwerkstoffe verwendet werden kann.

Den Ablauf dieses Verfahrens demonstriert Monica Francesca Pucci, eine Doktorandin am George Friedel Labor der Ecole Mines Saint-Etienne. Zum Beginn der Probenvorbereitung schneiden Sie einen Stoffstreifen senkrecht zur Faserrichtung ab, der 20 Millimeter breit ist und ein Faservolumen von 40 % aufweist. Rollen Sie den Streifen zu einem engen Zylinder zusammen, wobei sichergestellt werden muss, dass die Aufrollung gleichmäßig erfolgt. Wickeln Sie die Probe in Filterpapier ein, das nicht dicker als 0,1 Millimeter ist.

Setzen Sie die Probe vorsichtig in den Probenhalter ein und stellen Sie sicher, dass der Stoff durch das Filterpapier gleichmäßig vom Halter getrennt ist. Schrauben Sie die Verschlüsse des Probenhalters fest, um die Stoffprobe unter dem Kolben zu verdichten. Befestigen Sie nach der Vorbereitung der Stoffprobe den Probenhalter am Tensiometer.

Füllen Sie einen 70 Millimeter breiten Borosilikatglasbehälter mit n-Hexan auf eine Höhe von 12 Millimetern. Stellen Sie den Behälter auf die Höhenplattform des Tensiometers. Stellen Sie in der Tensiometer-Software die Translationsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsbehälters auf 0,5 Millimeter pro Sekunde und die Oberflächenerkennungsschwelle auf acht Milligramm ein.

Dann beginnen Sie den Saugtest. Sobald die Flüssigkeit mit der Probe in Kontakt kommt, überwachen Sie die Zunahme der Flüssigkeitsmasse über die Zeit in der Instrumentensoftware. Beenden Sie den Test, wenn die Flüssigkeit die Oberseite der Probe erreicht hat, was durch kein weiteres Ansteigen der Masse angezeigt wird.

Passen Sie den linearen Abschnitt der Ansaugkurve mit der Washburn-Gleichung an und bestimmen Sie die geometrische Konstante unter Verwendung von null Grad für den fortschreitenden Kontaktwinkel. Entfernen Sie den Probenträger und den Behälter mit Hexan vom Tensiometer.

Öffnen Sie den Probenhalter und entfernen Sie die Gewebeprobe. Tauchen Sie den Probenhalter anschließend 30 Sekunden lang in Schwefelchromsäure ein. Spülen Sie den Probenhalter mit destilliertem Wasser ab und trocknen Sie ihn unter einer Druckluftströmung.

Bereiten Sie eine identische, in Filterpapier eingerollte Stoffprobe vor und legen Sie sie in den sauberen, trockenen Probenhalter für die Messung des vorwärts gerichteten Kontaktwinkels. Schließen Sie den Probenhalter.

Stellen Sie einen 70 Millimeter breiten Borosilikatglasbehälter, der mit Wasser auf eine Tiefe von 12 Millimetern gefüllt ist, in das Tensiometer. Befestigen Sie die Probenhalterung im Tensiometer. Stellen Sie die Tensiometer-Parameter ein und führen Sie den Sicking-Test durch.

Passen Sie die Saugkurve an die Washburn-Gleichung unter Verwendung des zuvor berechneten geometrischen Faktors an und bestimmen Sie den fortschreitenden Kontaktwinkel. Entfernen und reinigen Sie den Probenhalter mit Schwefel-Chromsäure und destilliertem Wasser.

Und trocknen Sie den Halter mit Druckluft. Legen Sie ein Stück Filterpapier in den Probenhalter, um als Kontrolle den Flüssiggewichtsbeitrag von Probenhalter und Filterpapier zu bewerten. Befestigen Sie den Probenhalter in einem Behälter mit Hexan im Tensiometer.

Führen Sie den Sickertest durch und passen Sie die Kurve an die Washburn-Gleichung an. Subtrahieren Sie den quadrierten Massengewinn vom vorherigen Wert des Hexan-Tests. Korrigieren Sie die geometrische Konstante anhand des Massengewinns durch die Flüssigkeitsaufnahme über das Filterpapier und den Probenhalter.

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

Subtrahieren Sie den quadrierten Massenzunahmewert vom vorherigen Wassertestwert und korrigieren Sie den fortschreitenden Kontaktwinkel. Gewebe aus Kohlenstoff wurde mit diesem Verfahren bewertet. Sowohl bei den Hexan- als auch bei den Wassertests ist die Sickkurve linear.

Unter Verwendung des scheinbaren fortschreitenden Kontaktwinkels und der Werte, die aus dem geometrischen Faktor ermittelt wurden, kann der kapillare Druck bestimmt werden. Bei der Bewertung von behandelten und unbehandelten Flachsgeweben mit Hexan zeigten beide Gewebe einen linearen Trend beim Saugverhalten. Bei der Bewertung mit Wasser folgten die unbehandelten Flachsgewebeproben jedoch keinem linearen Trend, was die Bestimmung des fortschreitenden Kontaktwinkels verhinderte.

Dieser Unterschied wurde darauf zurückgeführt, dass die unbehandelten Fasern während des Imprägnierens quellen, wodurch das endgültige Gleichgewichtsgewicht und die Imprägniergeschwindigkeit beeinflusst werden. Eine modifizierte Washburn-Gleichung, die das Quellen berücksichtigt, wurde verwendet, um den Kapillardruck in unbehandeltem Flachs zu bestimmen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie der Kapillardruck abgeschätzt werden kann, um die Bildung von Hohlräumen oder trockenen Stellen in Verbundteilen, die durch Flüssigharz-Verfahren hergestellt werden, zu verhindern.

Wenn man diese Technik einmal beherrscht, kann sie bei ordnungsgemäßer Durchführung in 30 Minuten durchgeführt werden. Während des Verfahrens ist es wichtig, auf die Faserausrichtung zu achten. Nach Durchführung dieses Verfahrens können Tests in der anderen Faserrichtung durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie beispielsweise die Wechselwirkung zwischen der Autotrophie der Geweateverstärkungen und der Autotrophie kapillarer Effekte.

Nach dieser Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für die Forschung auf dem Gebiet der Charakterisierung kapillarer Effekte, um die kapillaren Drucksprünge in hybriden Verbundwerkstoffen zu untersuchen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit schwefelchromsaurem Gemisch äußerst gefährlich sein kann. Vorsichtsmaßnahmen wie ausreichende Belüftung, Handschuhe und Schutzbrille müssen stets beachtet werden, wenn dieses Verfahren durchgeführt wird.