Aplicación de patrones estarcidos permanentes y robustos de partículas finas a superficies elastoméricas

Nuestra investigación se centra en comprender las grandes deformaciones en elastómeros magnetorreológicos bajo cargas combinadas de campo mecánico y magnético. Para visualizar cuantitativamente estas deformaciones en nuestros experimentos, utilizamos técnicas de seguimiento óptico como DIC que requieren marcas permanentes en la superficie de nuestras muestras de silicona. Utilizamos correlación de imágenes digitales junto con una máquina de ensayo universal personalizada capaz de aplicar cargas mecánicas y magnéticas a nuestras muestras.

Las superficies de las muestras están marcadas con patrones para darle al software algo que rastrear. Sin marcas permanentes en la superficie, el seguimiento de la deformación es imposible. Las siliconas son intrínsecamente no adhesivas y altamente extensibles.

Esto significa que las pinturas y los métodos de marcado más comunes para plásticos no funcionan porque no se pegan o pueden agrietarse y desprenderse cuando las tensiones son realmente altas. Nuestro protocolo aborda la necesidad de un método fiable para marcar elastómeros sometidos a grandes deformaciones, lo que permite un seguimiento óptico preciso a través de ciclos mecánicos repetidos. A diferencia de la mayoría de los métodos de marcado que se desvanecen o se desprenden con el tiempo o las grandes tensiones, nuestro enfoque permite marcar, almacenar, cargar y descargar muestras sin degradación.

Esto garantiza un seguimiento y una repetibilidad constantes en los experimentos, especialmente para los estudios de envejecimiento y fatiga. Para comenzar, conecte el compresor de aire al aerógrafo. Enchufe el compresor de aire en una toma de corriente adecuada y enciéndalo.

Dentro de una campana extractora, mientras usa el equipo de protección personal adecuado, llene el aerógrafo con alcohol isopropílico y límpielo varias veces. Ahora, coloque la plantilla sobre una toalla de papel dentro de una campana extractora. Mantenga la boquilla de pulverización aproximadamente a 30 centímetros de distancia de la plantilla y rocíe una capa de adhesivo sobre la plantilla con un movimiento suave y continuo.

Espere de 30 a 60 segundos hasta que la plantilla se vuelva pegajosa pero ya no esté húmeda. Luego, coloque el molde sobre una toalla de papel dentro de una campana extractora y use guantes limpios que no sean de látex para recoger con cuidado la plantilla sin alterar el adhesivo. Coloque el lado adhesivo de la plantilla en el molde y pase un dedo firmemente por la plantilla para aplanarla, asegurando un contacto uniforme con el molde.

A continuación, con cinta de pintor, pegue los bordes de la plantilla al molde. Para la correlación de imágenes digitales, o molde moteado DIC, coloque el molde sobre una toalla de papel dentro de una campana extractora con la superficie de la cavidad del molde hacia arriba. Mantenga la boquilla rociadora aproximadamente a 30 centímetros del molde y aplique una capa de desmoldante al molde con un movimiento suave y continuo.

Dentro de una campana extractora, use un embudo o una cuchara pequeña para transferir aproximadamente 10 mililitros de polvo fino a un tubo de ensayo. Agregue alcohol isopropílico al tubo de ensayo para llevar el volumen total a 45 mililitros. Selle el tubo de ensayo y agítelo vigorosamente para mezclar la suspensión.

Ahora, vuelva a agitar la suspensión preparada para volver a homogeneizar el contenido y llene el recipiente del aerógrafo hasta que esté lleno al 75% con la suspensión. Encienda el compresor de aire y confirme que la presión de aire esté configurada entre 1.38 y 1.72 bar o 20 a 25 libras por pulgada cuadrada. Dentro de la campana extractora, coloque el molde con la plantilla adherida en un ángulo ligeramente desvertical y apunte el aerógrafo ligeramente hacia el costado del molde para asegurarse de que el aerosol se inicie antes de llegar al molde.

Luego, tire suavemente del gatillo del aerógrafo hacia atrás para comenzar a rociar. Aplique suavemente la primera capa de la suspensión, manteniendo la boquilla aproximadamente a 30 centímetros de la superficie y moviéndose en un movimiento continuo. Después de la primera capa, suelte el gatillo del aerógrafo y observe la superficie para ver si hay una distribución uniforme de la suspensión de partículas finas.

Si es necesario, aplique capas adicionales a través de la plantilla y la superficie del molde. Espere hasta que las partículas finas estén visiblemente secas antes de quitar la plantilla y asegúrese de que el tiempo de secado sea mínimo de 180 a 300 segundos. Luego, retire la cinta de pintor del borde superior más corto del molde y tire lentamente de la cinta hacia arriba para separar la plantilla del molde con un movimiento suave.

Después de encender el compresor de aire, coloque el molde sin ninguna plantilla en un ángulo ligeramente fuera de la vertical para una aplicación de pulverización perpendicular dentro de la campana extractora. Para probar el aerógrafo, comprima el gatillo brevemente mientras rocía sobre una hoja de papel de repuesto. Confirme que el patrón de manchas resultante es espacialmente aleatorio y de tamaño adecuado para la configuración de imágenes experimentales.

Ahora, mueva el gatillo sobre el molde para aplicar el patrón de manchas en su superficie y espere al menos de 180 a 300 segundos hasta que las partículas finas estén visiblemente secas. Finalmente, ensamble el molde en preparación para el proceso de moldeo por inyección o guárdelo durante unos días antes del moldeo por inyección. Después del curado de los elastómeros de silicona, los moldes se pueden quitar fácilmente.

Los patrones o motas rociados inicialmente en los moldes se transfieren a la superficie del elastómero terminado con alta fidelidad. Las muestras creadas para pruebas mecánicas incluían varias geometrías, como placas, cilindros y cubos con cuadrículas contrastantes y patrones de manchas en superficies opuestas, incluidas placas blancas con cuadrículas negras, placas negras con cuadrículas blancas y placas con cuadrículas azules. El patrón que se adhiere a la muestra de silicona durante el curado puede ser de cualquier forma o color.

El patrón no se desprende y se puede usar repetidamente en grandes experimentos de deformación. Los patrones de diseño de seguimiento óptico incluían patrones de cuadrícula, patrones de manchas DIC dispersas y patrones de manchas densas para diferentes necesidades de medición de deformación. El análisis de correlación de imágenes digitales bajo una tensión global creciente mostró un desplazamiento local progresivo en la dirección vertical, visualizado por un mapa de calor con colores que van del rojo al azul.