Name: Wicking Tests pour unidirectionnels Tissus: Mesures de Capillaire paramètres pour évaluer la pression capillaire dans les processus Liquid Composite Molding (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 6 s
Description: Apprenez à mesurer la pression capillaire dans les renforts composites à l'aide d'un tensiomètre standard. Cette méthode évalue le mouillage des fibres de carbone et de lin pour optimiser les procédés de moulage de composites liquides.

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Attention: Consultez toutes les fiches de données de sécurité des matériaux pertinents. Les produits chimiques utilisés pour les tests sont toxiques et cancérigènes. Utiliser un équipement de protection individuelle (lunettes de sécurité, gants, blouse, pantalon pleine longueur et des chaussures fermées). 1. Configuration pour les tests <ol><li> Préparation des échantillons <ol><li> Découper des bandes de tissu le long de la direction perpendiculaire aux fibres (afin de tester à effet de mèche dans le sens de la fibre). Remarque: les longueurs des bandes sont calculées de façon à obtenir un rapport en volume de fibres définies. Pour les tissus de carbone, pour obtenir Vf = 40%, la longueur des bandes était de 150 mm. Lin traité et non traité, pour obtenir le même Vf, dont la longueur était de 365 mm. La largeur de chaque bande est égale à la hauteur du porte-échantillon, qui est de 20 mm (figure 1). </li><li> Enrouler les bandes hermétiquement pour permettre leur insertion dans le porte-échantillon cylindrique de R &lt;/ Em&gt; = 6 mm. </li><li> Ajouter un filtre en papier mince entre le porte-échantillon et les renforts de l&#39;échantillon (afin de supprimer l&#39;effet du porte-échantillon sur la mèche). L&#39;épaisseur maximale du papier filtre doit être de 0,1 mm. </li><li> Insérez l&#39;échantillon dans le cylindre et visser le bouchon percé au fond et le piston au sommet afin d&#39;assurer le compactage. </li><li> Serrer le porte-échantillon avec le tissu au tensiomètre. </li></ol></li><li> Préparation des liquides <ol><li> Remplir un récipient avec le test liquide et placez-le dans le réceptacle spécifique du tensiomètre. Utiliser des récipients en verre de borosilicate et d&#39;un diamètre de 70 mm. </li><li> Pour le premier test (étape 2.1), utiliser du n-hexane. Pour le deuxième essai (étape 2.3), utiliser de l&#39;eau. Faire en sorte que le liquide dans le récipient atteint une hauteur d&#39;au moins 12 mm. </li></ol></li><li> Les paramètres expérimentaux <ol><li> Définir le seuil de détection de la surface à 8 mg et la traducvitesse du navire liquide à 0,5 mm / s pour la détection du liquide tion. </li></ol></li></ol> 2. Tests Wicking NOTE: Après la préparation des échantillons et la configuration des paramètres de tensiomètre, les tests de mèche peuvent commencer. Le récipient de liquide se déplace jusqu&#39;à ce que le liquide est en contact avec le porte-échantillon. Ensuite, le liquide monte dans le porte-échantillon, et le tensiomètre mesure le gain de masse liquide au carré au fil du temps. Les données sont enregistrées par le logiciel fourni avec le tensiomètre. Une courbe de la masse contre le temps est alors visualisée pour chaque test de mèche. <ol><li> Test initial pour la détermination du facteur géométrique: <ol><li> Utiliser un liquide totalement mouillant (pour lequel l&#39;angle de contact est de 0 °), tel que le n-hexane. </li><li> Arrêtez le test de mèche lorsque la courbe visualisée atteint une valeur constante. Ceci indique que le liquide a atteint la partie supérieure du porte-échantillon, et donc que l&#39;effet de mèche est terminée. </li><li&gt; Monter la tendance linéaire de la courbe d&#39;effet de mèche (m 2 (t)) avec l&#39;équation Washburn: <img alt="l&#39;équation 3" src="/files/ftp_upload/55059/image003.jpg" /> (3) Etant donné que l&#39;angle de contact d&#39; avance est supposé 0 ° avec du n-hexane, à partir de la pente d&#39;ajustement linéaire, déterminer la constante géométrique, C (mm 5). NOTE: Tous les tests ont été effectués dans des conditions standard à 20 ° C. Un changement de température modifie la tension superficielle du liquide ainsi que les résultats. </li></ol></li><li> Nettoyage du porte-échantillon pour les essais suivants REMARQUE: Après avoir retiré le tissu humide, le porte-échantillon doit être parfaitement nettoyé pour éviter les erreurs dans les mesures suivantes. <ol><li> Immerger le porte-échantillon dans un récipient avec de l&#39;acide sulfochromique (50% d&#39;une solution saturée de dichromate de potassium et 50% d&#39;acide sulfurique concentré) pendant 30 sec. </li><li> Rincez avec de l&#39;eau distillée etpuis séchez. </li></ol></li><li> Deuxième essai pour déterminer l&#39;avancement de l&#39; angle de contact apparent <ol><li> Utiliser le liquide pour lequel l&#39;angle de contact d&#39;avance doit être mesurée avec une nouvelle identiques et sèche l&#39;échantillon de tissu. REMARQUE: L&#39;eau a été utilisée pour valider la méthode. </li><li> Arrêtez le test de mèche lorsque la courbe visualisée atteint une valeur constante. Ceci indique que le liquide a atteint la partie supérieure du porte-échantillon et que la montée capillaire est terminée. </li><li> Monter la partie linéaire de la courbe d&#39;effet de mèche (m 2 (t)) par l&#39;équation de Washburn (équation 3), étant donné que la constante C est déjà connu en raison du premier test (étape 2.1), avec la pente d&#39;ajustement linéaire pour déterminer l&#39;angle de contact d&#39; avance, θ un (°). NOTE: Tous les tests ont été effectués dans des conditions standard à 20 ° C. Un changement de température modifie la tension superficielle du liquide ainsi que les résultats. </li></ol></li&gt; <li> Évaluation de la contribution du poids du liquide en raison du porte-échantillon NOTE: Le tensiomètre, en tant que microbalance, mesure la masse totale du liquide, y compris à la fois le liquide ascendant dans le tissu et la contribution du ménisque externe sur le porte-échantillon et l&#39;effet de mèche dans le filtre. Ces contributions doivent être isolées. <ol><li> Mettez la même quantité de papier filtre utilisé dans l&#39;étape 1.1.3 dans le porte-échantillon et répétez les étapes 2.1.1-2.1.2. </li><li> Soustraire la valeur constante obtenue (m 2) à partir des données enregistrées à l&#39; étape 2.1.3 et déplacer la courbe d&#39;évaluer l&#39;évaluation correcte de la constante géométrique, C. </li><li> Remplir le porte-échantillon avec seulement le papier filtre et répétez les étapes 2.3.1-2.3.2. </li><li> Soustraire la valeur constante obtenue (m 2) à partir des données enregistrées à l&#39; étape 2.3.3 et décaler la courbe pour évaluer l&#39;évaluation correcte de l&#39;angle de contact d&#39; avance, &amp; thetav a. </li></ol></li>
</ol>

<ol><li>Lawrence, J. M., Neacsu, V., Advani, S. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X09001122">Modeling the impact of capillary pressure and air entrapment on fiber tow saturation during resin infusion in lcm.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 40 (8), 1053-1064 (2009).</li>
<li>Ravey, C., Ruiz, E., Trochu, F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353814001663">Determination of the optimal impregnation velocity in resin transfer molding by capillary rise experiments and infrared thermography.</a> Compos Sci Technol. 99, 96-102 (2014).</li>
<li>Verrey, J., Michaud, V., Månson, J. -A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X05001697">Dynamic capillary effects in liquid composite moulding with non-crimp fabrics.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 37 (1), 92-102 (2006).</li>
<li>Abouorm, L., Moulin, N., Bruchon, J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.scientific.net/KEM.554-557.447">Monolithic approach of Stokes- Darcy coupling for LCM process modelling.</a> Key Eng Mater. 554, 447-455 (2013).</li>
<li>Washburn, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Note+on+a+method+of+determining+the+distribution+of+pore+sizes+in+a+porous+material%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Note on a method of determining the distribution of pore sizes in a porous material.</a> Proc Natl Acad Sci USA. , 115-116 (1921).</li>
<li>Pucci, M. F., Liotier, P. -J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X15000998">Capillary effects on flax fibers-modification and characterization of the wetting dynamics.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 77, 257-265 (2015).</li>
<li>Darcy, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDarcy%2C+H+%22Les+fontaines+publiques+de+la+ville+de+Dijon%3A+exposition+et+application%22">Les fontaines publiques de la ville de Dijon: exposition et application</a>. Dalmont, V. , (1856).</li>
<li>Pucci, M. F., Liotier, P. -J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X1500192X">Capillary wicking in a fibrous reinforcement-orthotropic issues to determine the capillary pressure components.</a> Compos Part A: Appl Sci Manuf. 77, 133-141 (2015).</li>
<li>Pucci, M. F., Liotier, P. -J., Drapier, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927775716301923">Capillary wicking in flax fabrics - effects of swelling in water.</a> Colloids Surf A: Physicochem Eng Aspects. 498, 176-184 (2016).</li>
<li>Nguyen, V. H., Lagardère, M., Park, C. H., Panier, S. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s10853-014-8374-1">Permeability of natural fiber reinforcement for liquid composite molding processes.</a> J Mater Sci. 49 (18), 6449-6458 (2014).</li>
<li>Stuart, T., McCall, R., Sharma, H., Lyons, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+of+wicking+and+moisture+interactions+of+flax+and+viscose+fibres%5BTitle%5D)+AND+%22Carbohydr+Polym%22%5BJournal%5D)">Modelling of wicking and moisture interactions of flax and viscose fibres.</a> Carbohydr Polym. 123, 359-368 (2015).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Les étapes critiques du protocole se rapportent à la préparation des échantillons. Tout d&#39;abord, le laminé échantillonné doivent être serrés afin de faire l&#39;hypothèse d&#39;un rapport en volume de fibre homogène. S&#39;il existe un gradient d&#39;étanchéité dans l&#39;échantillon, l&#39;équation Washburn 5, 6 ne peut pas être utilisé pour ajuster les courbes d&#39; effet de mèche. En outre, les conditions aux limites entre le tissu et le porte-échantillo...

Lors de l&#39;imprégnation des renforts fibreux dans le liquide des procédés de moulage composite (LSM), le flux de résine est entraîné par un gradient de pression. les effets capillaires ont un effet supplémentaire qui peut entrer en compétition avec le gradient de pression, en fonction des paramètres du procédé. Leur influence sur le processus doit donc être évalué 1, 2. Ceci peut être effectué en définissant une pression capillaire apparente, P capuchon, en modifiant le gradient de pression initiale 3. Ce paramètre peut être ultérieurement inséré dans les modèles numériques afin de simuler les écoulements lors de processus et de prédire avec précision la formation de vides 4. L&#39;imprégnation spontanée d&#39;un tissu par un liquide (effet de mèche) peut être décrite par l&#39;équation de Washburn 5. A l&#39;origine, l&#39;équation de Washburn a décrit la montée capillaire d&#39;un liquide dans un tube. Cette équation was ensuite étendus pour les structures poreuses, comme des renforts fibreux, qui peut être approchée à un réseau de tubes capillaires. Compte tenu d&#39; un porte-échantillon cylindrique avec un rayon, R, rempli d&#39;un milieu poreux, l&#39;équation de Washburn a été modifiée sous la forme de gain de masse au carré (m² (t)) au fil du temps, comme suit 6: <img alt="L&#39;équation 1" src="/files/ftp_upload/55059/image001.jpg" /> (1) où c est un paramètre qui rend compte de la tortuosité, r est le rayon moyen des pores, et ε = 1-V f est la porosité (V f étant le rapport du volume de la fibre). Tous les paramètres dans les crochets concernent la morphologie et la configuration du milieu poreux, et ils peuvent être regroupés en une constante, C, dénommé «facteur géométrique milieu poreux&quot;. Les autres paramètres expriment lala dépendance de l&#39; effet de mèche sur les interactions entre le milieu et le liquide (par ρ, η et γ L, qui sont, respectivement, la densité, la viscosité et la tension superficielle du liquide, et par θ a, un avancement angle de contact apparent). En parallèle, l&#39;écoulement à travers un milieu poreux est généralement modélisé par la loi de Darcy bien connue 7, qui concerne une vitesse de fluide équivalent, Vd, à la chute de pression à travers la perméabilité du milieu, K et la viscosité du liquide, η . Cette équation permet également l&#39;expression du gain de masse sur une racine carrée du temps et donc à l&#39;examen de l&#39;équivalence entre les deux équations. A partir de cette équivalence entre l&#39;équation de Washburn et la loi de Darcy, la pression capillaire a ensuite été défini comme suit 8: (2) Ici, l&#39;objectif principal est de décrire la procédure expérimentale pour mesurer les facteurs géométriques et les angles d&#39;avance apparents de contact des tissus unidirectionnels, dans le but de déterminer la pression capillaire. Cette méthode repose sur l&#39;utilisation d&#39;un tensiomètre pour effectuer des tests à effet de mèche (figure 1). Un tensiomètre est une microbalance avec une résolution de 10 pg de mesure de la masse de liquide formant un ménisque, soit autour d&#39;un solide ou d&#39;un milieu fibreux ascendant. Les tests ont été effectués wicking considérant une caractérisation unidimensionnelle (direction le long des fibres) , 8, 9. Tissus quasi-unidirectionnelles utilisées pour valider la procédure sont unidirectionnelles (UD) de tissus de carbone à une f V = 40%. Une fois que la méthode a été validée, des tissus de lin ont été soumises à un traitement thermique tChapeau modifie le comportement de mouillage des fibres 6, et des tests ont été effectués à effet de mèche avec différents rapports en volume de fibres (de 30% à 40%) pour les deux tissus de lin non traitées et traitées. Pour déterminer les paramètres morphologiques et de mouillage, au moins deux tests d&#39; effet de mèche sont obligatoires: le premier avec un liquide totalement mouillante, comme le n-hexane, afin de déterminer C (équation 1), et le second avec le liquide d&#39;intérêt, afin de déterminer l&#39;angle d&#39; avancée apparente de contact une fois C est connu. Dans la première approche, l&#39;eau a été utilisée pour évaluer la procédure. Cette méthode peut être appliquée à différents tissus et liquides, permettant l&#39;évaluation de l&#39;influence de la géométrie du matériau (morphologie des tissus), de porosité (différents rapports en volume de fibres), et la viscosité et la tension de surface du liquide sur le phénomène capillaire d&#39;imprégnation. Il est évident que le procédé selon la théorie de Washburn (équation 1) peut être adoptée que si cu évacuantrves (m² (t)) enregistrée par le tensiomètre ont une tendance linéaire. Cela signifie que les paramètres de l&#39;équation 1 doit rester constante pendant le processus de pénétration capillaire entier. Si cela est le cas, comme des renforts de lin dans l&#39; eau, parce que les fibres subissent un gonflement 10, 11, l&#39;équation Washburn doit être modifié pour inclure l&#39;effet de gonflement dans le but de décrire les essais correctement 9. Les tissus traités se sont révélés être moins sensible à la sorption d&#39;eau 9. Les facteurs géométriques et des paramètres de mouillage peuvent être mesurées à partir des crises linéaires, ce qui permet le calcul de la pression capillaire, P bouchon.

<table><tbody><tr><td>Tissus carbone UD</td><td>Hexcel&nbsp ;</td><td>48580</td><td></td></tr><tr><td>Tissus de lin UD</td><td>Libeco</td><td>FLAXDRY UD 180</td><td></td></tr><tr><td>n-Hexane</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide sulfochrome</td><td>fait</td><td></td> maison <td>toxique et corrosif</td></tr><tr><td>Papier filtre</td><td>Dataphysic</td><td>FP11</td><td></td></tr><tr><td>Tensiomètre</td><td>Dataphysic</td><td>DCAT11</td><td></td></tr></tbody></table>

wicking tests pour unidirectionnels tissus: mesures de capillaire paramètres pour évaluer la pression capillaire dans les processus liquid composite molding

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

Pendant l&#39;imprégnation d&#39;un renfort fibreux en liquide processus de moulage composite (LCM), les effets capillaires doivent être comprises afin d&#39;identifier leur influence sur la formation de vides dans des pièces composites. Dans un milieu à effet de mèche fibreuse décrite par l&#39;équation de Washburn a été considéré comme étant équivalent à un écoulement sous l&#39;effet de la pression capillaire en fonction de la loi de Darcy. Des essais expérimentaux pour la caractérisation de l&#39;effet de mèche ont été réalisées à la fois avec du carbone et du lin renfort fibreux. Tissus quasi-unidirectionnelles ont ensuite été testés au moyen d&#39;un tensiomètre pour déterminer les paramètres morphologiques et de mouillage le long de la direction des fibres. La procédure a été révélée prometteuse lorsque la morphologie du tissu est inchangé au cours de l&#39;effet de mèche capillaire. Dans le cas des tissus en carbone, la pression capillaire peut être calculée. Les fibres de lin sont sensibles à l&#39;humidité sorption et de la houle dans l&#39;eau. Ce phénomène doit être pris en compte pour évaluer les paramètres de mouillage. jeAfin de rendre les fibres moins sensibles à l&#39;absorption d&#39;eau n, un traitement thermique a été effectué sur les renforts de lin. Ce traitement améliore la stabilité morphologique des fibres et empêche le gonflement dans l&#39;eau. Il a été montré que les tissus traités ont une tendance linéaire à effet de mèche semblables à ceux trouvés dans les tissus de carbone, ce qui permet de déterminer la pression capillaire.

Les courbes de gain de masse au cours de mèche obtenue avec le tensiomètre pour le carbone et tissus de lin traités et non traités sont présentés dans les figures 2 et 3. Toutes les courbes sont représentées après la soustraction des deux poids du ménisque externe en raison du papier de support d&#39;échantillon et le filtre et sont décalés vers zéro. Il est possible d&#39;observer des parcell...

Une méthode expérimentale pour mesurer les paramètres géométriques et l&#39;avancée des angles de contact apparents décrivant capillaire mèche en synthétique unidirectionnel et tissus naturels est proposé. Ces paramètres sont obligatoires pour la détermination des pressions capillaires qui doivent être prises en compte pour moulage composite liquide (LCM) applications.

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

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

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 s

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