Experimentelle Umsetzung einer neuen Composite Fertigung-Methode: Verfügbarmachen nackten Fasern auf die zusammengesetzte Fläche durch die weiche Schicht-Methode

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, einen faserverstärkten Verbundwerkstoff herzustellen, bei dem blanke Fasern ohne Oberflächenbehandlung auf der Oberfläche freigelegt werden. Mit dieser Technik können blanke Fasern auf einer Verbundstoffoberfläche freigelegt werden, ohne dass teure und ineffiziente Oberflächenbehandlungen erforderlich sind. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die elektrische Leitfähigkeit und die mechanischen Festigkeiten des Verbundwerkstoffs verbessert.

Diese Technik hat auch eine hohe Produktivität. Zur Herstellung eines unidirektionalen Kohlefasergewebes, das mit Epoxidharz vorimprägniert ist, stapeln Sie Quadrate aus Prepreg mit einem Faservolumenanteil von 50 bis 60 % in einer Sequenz mit Null-Grad- und 90-Grad-Ausrichtungen, um ein Spalten des Laminats zu vermeiden. Um jedes Quadrat aus Prepreg-Carbonfasergewebe in Leinwandbindung vorzubereiten, reinigen Sie das Gewebe zuerst mit Aceton oder Ethanol.

Legen Sie den Stoff auf eine saubere Oberfläche oder auf ein fusselfreies Labortuch und lassen Sie das Aceton unter Umgebungsbedingungen verdunsten. Ziehen Sie eine Unterlage einer Folie aus filmartigem Epoxidharz mit einer Aushärtungstemperatur von 125 Grad Celsius ab. Tragen Sie eine einzelne Folie Epoxidharzfolie auf das saubere Carbongewebe auf.

Legen Sie den Stoff mit der Epoxidfarbe nach unten auf eine heiße Platte bei 70 Grad Celsius. Erhitzen Sie den Stoff 10 Sekunden lang, um den Stoff mit Epoxidharz vorzuimprägnieren. Lassen Sie das Prepreg-Gewebe 10 Minuten lang unter Umgebungsbedingungen abkühlen.

Entfernen Sie dann das restliche Trägerblatt von der epoxidbeschichteten Seite. Stapeln Sie das Prepreg-Gewebe in Leinwandbindung in der gewünschten Stapelreihenfolge, um das Carbonfasergewebelaminat in Leinwandbindung zu bilden. Um Vlies-Kohlefaserfilzlaminat herzustellen, tragen Sie auf jeder Seite eines Stücks sauberen, trockenen Kohlefilzes eine dreilagige Epoxidfolie auf.

Erhitzen Sie die epoxidbeschichteten Seiten des Filzes jeweils 10 Sekunden lang bei 70 Grad Celsius und tragen Sie die Masse auf die Oberseite auf. Lasse den Prepreg-Filz 10 Minuten abkühlen und ziehe dann die restlichen Trägerblätter ab. Waschen Sie anschließend Folien aus 25 Mikrometer dicker, nicht perforierter, fluorierter Ethylen-Propylen-Trennfolie mit Ethanol oder Aceton.

Trocknen Sie die FEP-Platten vorsichtig mit fusselfreien Tüchern ab, ohne Falten oder Nadellöcher zu verursachen. Stellen Sie sicher, dass die Platten frei von Verunreinigungen und Feinstaub sind. Legen Sie dann jedes saubere, trockene Blatt zwischen fusselfreie Tücher und bewahren Sie die Blätter in einer staubfreien, sauberen Plastikhülle auf.

Um mit der Herstellung von Verbundwerkstoffen zu beginnen, tragen Sie Silikonformtrennmittel auf die Kompressionsform auf. Wischen Sie die Form mit fusselfreien Tüchern ab, sodass nur eine dünne Schicht Schimmeltrennmittel übrig bleibt. Schneiden Sie dann ein Stück vorbereitetes Kohlefaserlaminat so ab, dass es etwas kleiner als der Formhohlraum ist.

Legen Sie ein Blatt 25 Mikrometer dicke, saubere FEP-Folie auf die untere Form. Legen Sie das Laminat auf die Form und bedecken Sie es je nach Fasertyp mit einer 25 oder 100 Mikrometer dicken FEP-Folie. Glätten Sie die Folie vorsichtig, so dass keine Luftblasen zwischen der weichen Schicht und dem Laminat zurückbleiben.

Schließen Sie dann die Kompressionsform. Erhitzen Sie eine Heißpresse auf 150 Grad Celsius und setzen Sie die Kompressionsform in die Presse ein. Bei unidirektionalem Faserverbundwerkstoff konstant 20 Megapascal für 30 Minuten auftragen.

Für einen gewebten Verbundwerkstoff tragen Sie 20 Megapascal für vier Minuten auf, lassen Sie den Druck ab und tragen Sie sofort erneut 20 Megapascal auf. Spülen Sie das Material auf diese Weise, bis die Viskosität des Harzes zu steigen beginnt. Halten Sie dann den Druck bei 20 Megapascal, bis das Komposit insgesamt 30 Minuten lang ausgehärtet ist.

Erhöhen Sie für einen Filzverbundwerkstoff den Druck langsam auf drei Megapascal und achten Sie darauf, nicht zu weit herzuschießen. Härten Sie das Material 30 Minuten lang bei drei Megapascal aus. Sobald die Probe ausgehärtet ist, ohne den Druck abzulassen, kühlen Sie die Kompressionsform auf unter 120 Grad Celsius ab.

Lassen Sie dann den Druck ab, entfernen Sie die Form und entformen Sie die hergestellte Probe. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen, die mit einer Neigung von fünf Grad aufgenommen wurden, zeigten, dass die Fasern in Verbundwerkstoffen, die im Soft-Layer-Verfahren hergestellt wurden, detaillierter sichtbar waren als beim herkömmlichen Formpressen. Dies wurde auf den Wegfall der harzreichen Schicht auf dem Komposit zurückgeführt.

Trotz des Wegfalls der Epoxidharzschicht zeigten die Fasern keine sichtbaren Defekte. Die elektrische Leitfähigkeit durch die Dicke war bei Verbundwerkstoffen, die mit dem Weichschichtverfahren hergestellt wurden, größer, mit einer entsprechenden Abnahme des flächenspezifischen Widerstands auf unter 20 Milliohm pro Quadratzentimeter bei einem Verdichtungsdruck von 1,38 Megapascal. Die gemessenen Zugfestigkeiten von Weichschichtverbundwerkstoffen waren vergleichbar mit denen, die mit dem konventionellen Kompressionsverfahren hergestellt wurden.

Bei den Gewebe- und Filzverbundwerkstoffen stiegen die Werte um 22 % bzw. 15 %. Diese Erhöhungen wurden darauf zurückgeführt, dass die weiche Schicht einen gleichmäßigen Druck auf die Verbundoberfläche ausübte. Wenn Sie dieses Verfahren befolgen, können Sie problemlos einen faserfreiliegenden Verbundwerkstoff herstellen.

Der Mechanismus ist einfach. Und mit einem guten Verständnis Ihres Materials ist die Umsetzung noch einfacher. Denken Sie beim Versuch dieses Verfahrens daran, es an Ihre spezifische Anwendung anzupassen.

Berücksichtigen Sie den Aushärtungszustand des Komposits und die thermischen Eigenschaften der weichen Schicht und passen Sie das Verfahren entsprechend an, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.