מתואר הליך פשוט לריתוך קולי של קופונים מרוכבים תרמופלסטיים לבדיקה מכנית בסיסית. המאפיינים העיקריים של תהליך ריתוך קולי זה הם השימוש במנהלי אנרגיה שטוחים להכנת תהליך פשוטה ושימוש בנתוני תהליך להגדרה מהירה של תנאי עיבוד אופטימליים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מתואר הליך פשוט לריתוך קולי של קופונים מרוכבים תרמופלסטיים לבדיקה מכנית בסיסית. המאפיינים העיקריים של תהליך ריתוך קולי זה הם השימוש במנהלי אנרגיה שטוחים להכנת תהליך פשוטה ושימוש בנתוני תהליך להגדרה מהירה של תנאי עיבוד אופטימליים.
מאמר זה מציג שיטה חדשה ופשוטה לריתוך קולי של קופונים תרמופלסטיים-מרוכבים בתנאי עיבוד אופטימליים. תהליך הריתוך האולטראסוני המתואר במאמר זה מבוסס על שלושה עמודי תווך עיקריים. ראשית, מנהלי אנרגיה שטוחים משמשים לייצור חום מועדף בממשק ההצטרפות במהלך תהליך הריתוך. מנהל אנרגיה שטוח הוא סרט שרף תרמופלסטי מסודר הממוקם בין החלקים שיש לחבר לפני תהליך הריתוך ומתחמם באופן מועדף בשל קשיחות הדחיסה הנמוכה שלו ביחס למצעים המרוכבים. כתוצאה מכך, מנהלי אנרגיה שטוחים מספקים פתרון פשוט שאינו דורש יציקה של בליטות שרף על משטחי המצעים המרוכבים, בניגוד לריתוך קולי של פלסטיק לא מחוזק. שנית, נתוני התהליך המסופקים על ידי הרתך האולטראסוני משמשים להגדרה מהירה של פרמטרי הריתוך האופטימליים עבור כל שילוב חומרים מרוכבים תרמופלסטיים. שלישית, בקרת תזוזה משמשת בתהליך הריתוך כדי להבטיח איכות עקבית של המפרקים המרותכים. על פי שיטה זו, קופונים שטוחים תרמופלסטיים-מרוכבים מולחמים בנפרד בתצורת ברכיים אחת. בדיקה מכנית של הקופונים המרותכים מאפשרת לקבוע את חוזק הגזירה לכאורה של המפרקים, שהוא אחד המאפיינים הנפוצים ביותר לכימות חוזקם של מפרקים מרותכים מרוכבים תרמופלסטיים.
מרוכבים תרמופלסטיים (TPC) יש את היכולת להיות מרותך, אשר תורמים הייצור החסכוני שלהם. ריתוך דורש חימום מקומי תחת לחץ כדי לרכך או להמס את שרף תרמופלסטיים של המשטחים שהצטרפו כדי לאפשר מגע אינטימי-דיפוזיה יתר בדיעבד של שרשרות פולימר תרמופלסטי על פני ממשק הריתוך. לאחר הבין-דיפוזיה מולקולרית מושגת, הרגעות בלחץ מאחדת המפרק מרותך. כמה טכניקות ריתוך החלות על מרוכבים תרמופלסטיים אשר נבדלים בעיקר מקור חום 1, לעומת זאת, מנגנון "הידבקות" העיקרי, כלומר, ההסתבכות מולקולרית, עומד בעינו. ריתוך Ultrasonic מציע פעמי ריתוך קצרות מאוד (לפי סדר של מספר שניות), אוטומציה קלה וזה כמעט תלוי בסוג של תגבור המצעים מהרוכבים תרמופלסטיים. יתר על כן, היא מציעה את האפשרות עבור באתרו ניטור 2,3 , אשר ניתן להשתמש בהם עבור באבטחת איכות קו או עבור הגדרה מהירה של חלונות עיבוד 4. ריתוך Ultrasonic של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים הוא בעיקר תהליך ריתוך נקודה, ריתוך מוצלח עם זאת של תפרים עוד דרך ריתוך קולי רציפים דווח בספרות 5. בניגוד ריתוך התנגדות או אינדוקציה, ריתוך קולי לא יושם באופן תעשייתי עבור מפרקים מבניים בין חלקים מורכבים תרמופלסטיים עד כה. אף על פי כן, מאמץ משמעותי בימים אלה המוקדשים לקידום ופיתוח של ריתוך קולי מבני של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים עבור יישומי מטוסים.
ב ריתוך קולי, חלקים יצטרפו חשופי שילוב של כוח סטטי רעידות מכאניות בתדירות גבוהה נמוכות משרעת רוחבי לממשק הריתוך, שתוצאתה דור חום דרך המשטח וחימום viscoelastic. חימום מועדף על ממשק הריתוך מקודםבאמצעות בליטות שרפו על המשטחים להיות מרותך אשר עוברת זן מחזורי גבוה, ובכך חימום viscoelastic הגבוה, מאשר המצעים 6. חיל ורעידות הם הפעילו על החלקים המיועדים לריתוך באמצעות sonotrode מחוברת לחץ כדי רכבת קולית מורכב ממיר פייזו חשמלי מאיץ. בהתאם למרחק בין הנקודה אם במגעי sonotrode החלק יצטרף ואת ממשק הריתוך, הבחנה יכולה להתבצע בין השדה ליד וריתוך קולי שדה רחוק. שדה ליד ריתוך (פחות מ -6 מ"מ בין sonotrode וממשק ריתוך) הוא החלים על מגוון רחב יותר של חומרים תוך תחולתה של ריתוך השדה רחוק כדי חומר תרמופלסטי ספציפי תלוי מאוד את היכולת של החומר לנהל גלי קול 6 .
תהליך הריתוך הקולי ניתן לחלק לשלושה שלבים עיקריים. ראשית, שלב הצטברות הכוח, שבמהלכה sonotroדה בהדרגה מגדילה את הכח על החלקים המיועד לריתוך עד כוח הדק מסוים הוא הגיע. אין רטט מוחל בשלב זה. שנית, שלב רטט, אשר מתחיל ברגע כוח ההדק הוא הגיע. בשלב זה sonotrode רוטט משרעת שנקבעו עבור סכום מסוים של זמן לייצר את החום הדרוש לתהליך הריתוך. מבוקרת מיקרו-מעבד רתכים קולי מספקים מספר אפשרויות לשליטה על משך השלב רטט, ביניהם זמן (כלומר, שליטה ישירה), עקירה או אנרגיה (שליטה עקיפה). הכח ליישם בשלב זה, כלומר, ריתוך כוח, יכול להישמר קבוע שווה לכוח ההדק או יכול להיות מגוון בהדרגה במהלך יישום של הרטט. שלישית, שלב מיצוק, שבמהלכו החלקים המרותכים מותר להתקרר תחת כוח מיצוק מסוים עבור סכום מסוים של זמן. אין רטט מוחל במהלך השלב האחרון זה.
FO ריתוךRCE, משרעת רטט, תדר רטט ומשך בשלב הרטט (במישרין או בעקיפין באמצעות אנרגיה או עקירה) הם פרמטרי ריתוך השולטים דור חום. חיל, משרעת ומשך הם פרמטרים המוגדרים על ידי המשתמש, בעוד תדר קבוע בכל רתך קולי. כוח התמצקות זמן מיצוק, גם ריתוך פרמטרים, לא להתערב בתהליך החימום אבל להשפיע על האיחוד, יחד עם שאר פרמטרים, האיכות הסופית של מפרקים המרותכים.
מאמר זה מציג שיטה פשוטה רומן עבור ריתוך בגלים על קוליים שדה קרוב של קופונים TPC פרט בתצורת ברכיים יחידה עבור גזירת ברכיים מכאנית, יחיד עוקבת (LSS), בדיקות הבאות ASTM (אגודה האמריקנית לבדיקות וחומרים) תקן D 1002. בדיקה מכאנית של קופונים המרותכים מאפשרת קביעת חוזק גזירת ברכיים לכאורה של המפרקים, שהוא אחד מאפיינים ביותר commרק משמש לכמת את עוצמת מפרקים מרותכים מרוכבים תרמופלסטיים 7. שיטת הריתוך המתואר במאמר זה מבוססת על שלושה יסודות מרכזיים. ראשית, מנהלי אנרגיה שטוחה רופף משמשים לייצור חום מועדף על הממשק שהצטרף 8,9 במהלך תהליך הריתוך. שנית, נתונים בתהליך שמספק רתך הקולי משמש להגדרת המשך אופטימלית במהירות של שלב הרטט עבור כוח ספציפי / משרעת שילוב 2,4. שלישית, משך שלב הרטט נשלט בעקיפין באמצעות התזוזה של sonotrode על מנת להבטיח איכות עקבית של מפרקים המרותכים 4. שיטת ריתוך זה מציע את החידושים העיקריים הבאות ויתרונות לגבי המדינה- of-the-art נהלי ריתוך עבור מרוכבים תרמופלסטיים: (א) הכנת מדגם פשוטה מופעלת על ידי שימוש דירקטורי אנרגיה שטוחים רופפים במקום דירקטורי אנרגיה יצוקים מסורתיים 3, ו (ב) מהיר גOST-יעיל לגילוי פרמטרי עיבוד על ידי ניטור תהליך in-situ בניגוד לגישות ניסוי וטעייה משותפות. למרות השיטה המתוארת במאמר זה מיועד קבלת גיאומטרית ריתוך מאוד ספציפית ופשוטה זה יכול לשמש בסיס לפיה יוגדר תהליך לריתוך של חלקים בפועל. בדל עיקרי במקרה הנובע זרימה מאולצת של במאי האנרגיה בניגוד זרימה חופשית בארבעת קצות חפיפת קופונים ברכיים יחידים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. דגימת חיתוך והכנת ריתוך Ultrasonic
2. ריתוך Ultrasonic של קופונים היחיד Lap Shear
הערה: רתך מיקרו-מעבד מבוקר קולי מסוגל לרתך ב משרעת קבועה משמש בשלב זה. נתוני תהליך פלטי רתך, כגון הספק נצרך ועקירה של sonotrode לעומת זמן לתוכנת רכישת נתונים במחשב. לנענע שהותקן מעוצב ומיוצר כדי למקם במדויק מהדק דגימות גזירה הברכיים אחת במהלך ריתוך קולי משמש בשלב זה (ראה איור 1).
-together.within-page = "1"> 
איור 1. רתך Ultrasonic והתקנת ריתוך שהותקן השתמשה במחקר זה 1:. Sonotrode, 2: פלטפורמה זזה, 3: מהדק עבור דגימה העליונה (מצורף 2), ו -4: מהדק עבור דגימה הנמוכה (הודפס מחדש מהתייחסות 4 באישור Elsevier.) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

כוח איור 2. (שחור) ועקירה (אפור) עקום לתהליך הריתוך הקולי המציין ערך נסיעות אופטימלי. שלב הרטט של הריתוך הקולי ניתן לחלק ב 5 שלבים. ערך נסיעות אופטימום ממוקם בתוך מקרה בשלב 4.: סיבי פחמן מחוזקים מצעים polyetherimide -PEI, 0.25 מ"מ בעובי מנהל האנרגיה שטוח PEI, 300 N כוח ריתוך, 86.2 משרעת רטט מיקרומטר, 0.25 נסיעות מ"מ. (הודפס מחדש מהתייחסות 4 באישור Elsevier.) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
3. יחיד Lap שאר חוזק (LSS) בדיקה של קופונים מרותך
איור 3. מבט סכמטי של clamping במכונת הבדיקה האוניברסלית זוויק / Roell 250 kN (לא בקנה מידה). העקירה לקזז בין האוחז העליון ותחתון מאפשרת יישור כיוון העומס כאשר קו אמצע לרתך כדי למזער כיפוף במהלך גזירת הברכיים מבחן כוח. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
סיבי פחמן מחוזקים polyetherimide (CF / PEI) דגימות היו מרותכות בעקבות השיטה המתוארת במאמר זה. הדגימות נלקחו לרבד מרוכבים עשויים מתוך חמישה-הרתמה סאטן בד CF / PEI, עם (0/90) רצף 3S גדישה 1.92 מ"מ עובי נומינלי. דוגמאות קוצצו מן לרבד זה כך את הכיוון הברור העיקריים של הסיבים היה מקביל בצד הארוך שלהם. דירקטורים אנרגיה PEI שטוח עם עובי 0.25 מ"מ שימשו. הן דגימות מרוכבים הדירקטורים אנרגיה יובשו בתנור על 135 מעלות צלזיוס במשך שעה 6 ו -1...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התוצאות המוצגות בסעיף קודם מצביעות על נאותות השיטה הפשוטה הציעה במאמר זה עבור ריתוך בגלים על קוליים של קופונים ברכיים יחידים מורכבים תרמופלסטי לצורך הבדיקות מכאנית. הפסקאות הבאות לדון כיצד התוצאות לאמת השלושה מעמודי התווך של השיטה, כלומר, שימוש דירקטורי אנרגיה רופפים שטוחים, שימוש משוב תהליך להגדיר משך אופטימלי של רעידות שימוש בבקרת עקירה, כמו גם תחולתו ומגבלותיו הטכניקה.
באשר הנדבך הראשון, דירקטורי אנרג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרס כלכלי מתחרה.
המחברים מבקשים להודות על תמיכתם של Ten Cate Advanced Materials בצורה של אספקת חומרים בחינם לעבודה המתוארת במאמר זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>חומר/מגיב | |||
| סיבי פחמן Cetex / פוליאתרימיד (CF/PEI) 5 רתמת סאטן prepreg | TenCate Advanced Composites (www.tencate.com) | צור קשר עם ספק | החומר המשמש במחקר זה עבור הדגימות. |
| מסיר שומנים ממס PFQD | PT Technologies Europe (כיום Socomore - www.socomore.com) | צור קשר עם ספק | מסיר שומנים ממס לניקוי הדגימות ומנהלי האנרגיה. |
| מטליות | למטרות ניקוי כלליות. לא נעשה שימוש בספק ספציפי. | ||
| סרט PEI 0.25 מ"מ | TenCate Advanced Composites (www.tencate.com) | ספק צור קשר | סרט דק המשמש כמנהל אנרגיה. |
| סרט דבק | Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com) | 1 אינץ' x 72 yds MFG # 327402 צור קשר עם הספק לקבלת מספר קטלוגי | המשמש לחיבור מנהל אנרגיה לדגימה תחתונה לריתוך קולי. |
| שם | חברה | מספר קטלוגי | תגובות |
| Equipment | |||
| Vö תנור צ'י | Vö tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)VTU | 60/60 - צור קשר עם הספק לקבלת מספר קטלוגי ספציפי | תנור המשמש לייבוש סרט PEI (מנהלי אנרגיה) ודגימות PEI לפני הריתוך. |
| רינקו דינמי 3000 רתך קולי | Aeson BV (www.aeson.nl/en/) | צור קשר עם הספק | מכונת ריתוך קולי 20 קילוהרץ המשמשת לניסויי הריתוך. מספר גדלי סונוטרודה זמינים. צור קשר עם הספק לפרטים. תוכנת ACUCapture כלולה. |
| מכונת בדיקה אוניברסלית Zwick/Roell | Zwick (www.zwick.com) | Z250 - צור קשר עם הספק לקבלת מספר קטלוגי ספציפי | מכונת בדיקה אוניברסלית עם עומס מרבי של 250 kN המשמשת למדידות חוזק גזירה בהקפה אחת. |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.