Application de motifs au pochoir permanents et robustes de particules fines sur des surfaces élastomères

Nos recherches portent sur la compréhension des grandes déformations dans les élastomères magnétorhéologiques sous charge combinée de champs mécaniques et magnétiques. Pour visualiser quantitativement ces déformations dans nos expériences, nous utilisons des techniques de suivi optique comme le DIC qui nécessitent des marquages permanents à la surface de nos échantillons de silicone. Nous utilisons la corrélation d’images numériques ainsi qu’une machine d’essai universelle personnalisée capable d’appliquer des charges mécaniques et magnétiques à nos échantillons.

Les surfaces des échantillons sont marquées de motifs pour donner au logiciel quelque chose à suivre. Sans marquages de surface permanents, le suivi de la déformation est impossible. Les silicones sont intrinsèquement non adhésifs et hautement extensibles.

Cela signifie que la plupart des peintures et des méthodes de marquage courantes pour les plastiques ne fonctionnent pas parce qu’elles ne collent pas ou qu’elles peuvent se fissurer et s’écailler lorsque les contraintes sont vraiment élevées. Notre protocole répond au besoin d’une méthode fiable pour marquer les élastomères subissant de grandes déformations, permettant un suivi optique précis grâce à des cycles mécaniques répétés. Contrairement à la plupart des méthodes de marquage qui s’estompent ou s’écaillent avec le temps ou des contraintes élevées, notre approche permet de marquer, stocker, charger et décharger les échantillons sans dégradation.

Cela garantit un suivi et une répétabilité cohérents dans les expériences, en particulier pour les études de vieillissement et de fatigue. Pour commencer, fixez le compresseur d’air à l’aérographe. Branchez le compresseur d’air dans une prise électrique appropriée et allumez-le.

À l’intérieur d’une hotte, tout en portant l’équipement de protection individuelle approprié, remplissez l’aérographe d’alcool isopropylique et nettoyez-le plusieurs fois. Maintenant, placez le pochoir sur une serviette en papier à l’intérieur d’une hotte. Gardez la buse de pulvérisation à environ 30 centimètres du pochoir et vaporisez une couche d’adhésif sur le pochoir dans un mouvement fluide et continu.

Attendez 30 à 60 secondes jusqu’à ce que le pochoir devienne collant mais ne soit plus mouillé. Ensuite, placez le moule sur une serviette en papier à l’intérieur d’une hotte et utilisez des gants propres et sans latex pour ramasser soigneusement le pochoir sans déranger l’adhésif. Placez le côté adhésif du pochoir sur le moule et passez fermement un doigt sur le pochoir pour l’aplatir, en assurant un contact uniforme avec le moule.

Ensuite, à l’aide de ruban adhésif de peintre, collez les bords du pochoir sur le moule. Pour la corrélation d’images numériques, ou moule à mouchetures DIC, placez le moule sur une serviette en papier à l’intérieur d’une hotte avec la surface de la cavité du moule vers le haut. Gardez la buse de pulvérisation à environ 30 centimètres du moule et appliquez une couche de démoulage sur le moule dans un mouvement doux et continu.

À l’intérieur d’une hotte, utilisez un entonnoir ou une petite cuillère pour transférer environ 10 millilitres de poudre fine dans un tube à essai. Ajoutez de l’alcool isopropylique dans le tube à essai pour porter le volume total à 45 millilitres. Fermez le tube à essai et secouez-le vigoureusement pour mélanger la suspension.

Maintenant, secouez à nouveau la suspension préparée pour homogénéiser à nouveau le contenu et remplissez le récipient de l’aérographe jusqu’à ce qu’il soit rempli à 75 % avec la suspension. Allumez le compresseur d’air et confirmez que la pression d’air est réglée entre 1,38 et 1,72 bar ou 20 à 25 livres par pouce carré. À l’intérieur de la hotte, positionnez le moule avec le pochoir collé à un angle légèrement décalé et dirigez l’aérographe légèrement vers le côté du moule pour vous assurer que le spray commence avant d’atteindre le moule.

Ensuite, tirez doucement sur la gâchette de l’aérographe pour commencer à pulvériser. Appliquez en douceur la première couche de la suspension, en maintenant la buse à environ 30 centimètres de la surface et en se déplaçant dans un mouvement continu. Après la première couche, relâchez la gâchette de l’aérographe et observez la surface pour une répartition uniforme de la suspension de particules fines.

Si nécessaire, appliquez des couches supplémentaires sur la surface du pochoir et du moule. Attendez que les particules fines soient visiblement sèches avant de retirer le pochoir et assurez-vous d’un temps de séchage minimum de 180 à 300 secondes. Ensuite, retirez le ruban adhésif du peintre du bord supérieur plus court du moule et tirez lentement le ruban vers le haut pour détacher le pochoir du moule en un mouvement fluide.

Après avoir allumé le compresseur d’air, positionnez le moule sans pochoir à un angle légèrement décalé pour une application de pulvérisation perpendiculaire à l’intérieur de la hotte. Pour tester l’aérographe, compressez brièvement la gâchette tout en pulvérisant sur une feuille de papier de rechange. Confirmer que le motif de chatoiement résultant est spatialement aléatoire et de taille appropriée pour le dispositif d’imagerie expérimentale.

Maintenant, appuyez sur la gâchette sur le moule pour appliquer le motif de moucheture sur sa surface et attendez au moins 180 à 300 secondes jusqu’à ce que les particules fines soient visiblement sèches. Enfin, assemblez le moule en vue du processus de moulage par injection, ou stockez-les pendant quelques jours avant le moulage par injection. Après le durcissement des élastomères de silicone, les moules peuvent être facilement retirés.

Les motifs ou les mouchetures initialement pulvérisés sur les moules se transfèrent sur la surface finie de l’élastomère avec une grande fidélité. Les échantillons créés pour les essais mécaniques comprenaient diverses géométries, telles que des plaques, des cylindres et des cubes avec des motifs de grille et de moucheture contrastés sur des surfaces opposées, y compris des plaques blanches avec des grilles noires, des plaques noires avec des grilles blanches et des plaques avec des grilles bleues. Le motif qui adhère à l’échantillon de silicone pendant le durcissement peut être de n’importe quelle forme ou couleur.

Le motif ne se détache pas et peut être utilisé à plusieurs reprises dans des expériences de déformation importante. Les modèles de conception de suivi optique comprenaient des motifs de grille, des motifs de chatoiement DIC clairsemés et des motifs de chatoiement denses pour divers besoins de mesure de déformation. L’analyse de corrélation d’images numériques sous une contrainte globale croissante a montré un déplacement local progressif dans la direction verticale, visualisé par une carte thermique avec des couleurs allant du rouge au bleu.