Wicking Tests pour unidirectionnels Tissus: Mesures de Capillaire paramètres pour évaluer la pression capillaire dans les processus Liquid Composite Molding

L'objectif général de cette procédure est d'évaluer les valeurs de pression capillaire des fibres nécessaires à la conception de procédés de moulage de composites par liquide. Cette méthode peut aider à répondre à une question clé dans le domaine de la fabrication de composites par procédés de moulage de composites liquides, concernant la formation de vide et de taches sèches dans des pièces composites grandes et complexes. L'avantage de cette technique est qu'elle peut être utilisée avec un tensiomètre standard et tout type de renfort pour composites.

Monica Francesca Pucci, étudiante en doctorat au laboratoire George Friedel, ici à l'École des Mines de Saint-Étienne, démontrera cette procédure. Pour commencer la préparation de l'échantillon, découpez une bande de tissu perpendiculairement au sens du fil, large de 20 millimètres et ayant un volume de fibres de 40 %. Roulez la bande en un cylindre compact, en veillant à ce qu'elle soit régulièrement enroulée sur toute sa longueur. Enveloppez l'échantillon dans du papier filtre d'une épaisseur n'excédant pas 0,1 millimètre.

Insérez soigneusement l'échantillon dans le porte-échantillon, en veillant à ce que le tissu soit uniformément séparé du porte-échantillon par le papier filtre. Vissez les bouchons du porte-échantillon pour comprimer l'échantillon de tissu sous le piston. Après avoir préparé l'échantillon de tissu, fixez le porte-échantillon au tensiomètre.

Remplir un récipient en verre borosilicaté de 70 millimètres de large avec du n-hexane jusqu'à une hauteur de 12 millimètres. Placer le récipient sur la plateforme de levage du tensiomètre. Dans le logiciel du tensiomètre, régler la vitesse de translation du récipient liquide à 0,5 millimètre par seconde et le seuil de détection de la surface à huit milligrammes.

Ensuite, commencez le test d'absorption. Dès que le liquide entre en contact avec l'échantillon, surveillez l'augmentation de la masse du liquide en fonction du temps à l'aide du logiciel de l'appareil. Lorsque le liquide atteint le sommet de l'échantillon, indiqué par l'absence d'augmentation supplémentaire de la masse, mettez fin au test.

Ajustez le segment linéaire de la courbe de pénétration à l'équation de Washburn. Déterminez la constante géométrique en utilisant un angle de contact avançant de zéro degré. Retirez le porte-échantillon et le récipient contenant l'hexane du tensiomètre.

Ouvrez le porte-échantillon et retirez l'échantillon de tissu. Ensuite, immergez le porte-échantillon dans l'acide sulfochromique pendant 30 secondes. Rincez le porte-échantillon avec de l'eau distillée et séchez-le sous un flux d'air comprimé.

Préparez un échantillon identique de tissu roulé, enveloppé dans du papier filtre. Placez-le dans le porte-échantillon propre et sec destiné à la mesure de l'angle de contact dynamique. Fermez le porte-échantillon.

Placer un récipient en verre borosilicaté de 70 millimètres de large, rempli d'eau sur une profondeur de 12 millimètres, dans le tensiomètre. Puis fixer le porte-échantillon dans le tensiomètre. Régler les paramètres du tensiomètre et effectuer le test de mouillage.

Ajustez la courbe d'absorption à l'équation de Washburn en utilisant le facteur géométrique précédemment calculé. Déterminez ensuite l'angle de contact dynamique. Retirez et nettoyez le porte-échantillon avec de l'acide sulfochromique et de l'eau distillée.

Et séchez le porte-échantillon à l'air comprimé. Placez un morceau de papier filtre dans le porte-échantillon comme témoin afin d'évaluer la contribution du poids du liquide provenant du porte-échantillon et du papier filtre. Fixez fermement le porte-échantillon dans un récipient contenant de l'hexane placé dans le tensiomètre.

Réalisez le test de succion et ajustez la courbe à l'équation de Washburn. Soustrayez le gain de masse au carré de la valeur précédente obtenue lors du test à l'hexane. Corrigez la constante géométrique à partir du gain de masse dû à l'absorption de liquide par le papier filtre et le porte-échantillon.

Nettoyez le porte-échantillon et insérez un autre morceau de papier filtre. Placez le porte-échantillon dans un récipient d'eau dans le tensiomètre. Effectuez le test de pénétration et ajustez la courbe à l'équation de Washburn.

Soustrayez la valeur du gain de masse au carré de la valeur précédente du test à l’eau, puis corrigez l’angle de contact dynamique. Le tissu de carbone a été évalué selon cette procédure. Dans les deux tests, à l’hexane et à l’eau, la courbe de mouillage est linéaire.

À l'aide de l'angle de contact apparent en progression et des valeurs déterminées à partir du facteur géométrique, il est possible de déterminer la pression capillaire. Lorsque les tissus de lin traités et non traités ont été évalués avec de l'hexane, les deux tissus ont montré une tendance linéaire en termes d'imprégnation. Toutefois, lorsqu'ils ont été évalués avec de l'eau, les échantillons de lin non traités n'ont pas suivi une tendance linéaire, empêchant ainsi la détermination de l'angle de contact en progression.

Cette différence a été attribuée au gonflement des fibres non traitées pendant le processus d'imprégnation, ce qui affecte le poids à l'équilibre final et la vitesse d'imprégnation. Une équation de Washburn modifiée, tenant compte du gonflement, a été utilisée pour déterminer la pression capillaire dans le lin non traité. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment estimer la pression capillaire afin d'éviter la formation de vide ou de zones sèches dans les pièces composites fabriquées par des procédés de moulage de composites liquides.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en 30 minutes si elle est effectuée correctement. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de prêter attention à l'orientation des fibres. Après cette procédure, des essais dans l'autre direction des fibres peuvent être réalisés afin de répondre à des questions supplémentaires, telles que l'interaction entre l'autotrophie des renforts textiles et l'autotrophie des effets capillaires.

Après ce développement, cette technique a ouvert la voie à la recherche dans le domaine de la caractérisation de l'effet capillaire, permettant d'explorer les sauts de pression capillaire dans les composites hybrides. N'oubliez pas que le travail avec l'acide sulfochromique peut être extrêmement dangereux. Des précautions telles qu'une ventilation adéquate, le port de gants et de lunettes de sécurité doivent toujours être prises lors de l'exécution de cette procédure.