יישום ניסיוני של שיטת ייצור ללא הפרדות צבע חדשה: חשיפת סיבי חשופות על פני השטח Composite בשיטת שכבה רכה

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר קומפוזיט מחוזק בסיבים עם סיבים חשופים על פני השטח ללא כל טיפול שטח. טכניקה זו מאפשרת לחשוף סיבים על פני השטח של קומפוזיט ללא שימוש בטיפולי שטח יקרים ולא יעילים. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא משפרת את המוליכות החשמלית ואת החוזק המכני של הקומפוזיט.

לטכניקה זו יש גם פריון גבוה. כדי להכין בד סיבי פחמן חד-כיווני, המרוויח מראש באפוקסי, ערמו ריבועי prepreg עם שבר נפח סיבים של 50% עד 60% ברצף הכולל אוריינטציות של אפס מעלות ו-90 מעלות כדי למנוע התפצלות של הלמינציה. כדי להכין כל ריבוע של בד סיבי פחמן prepreg בעריגת plain-weave, נקו תחילה את הבד באמצעות אצטון או אתנול.

הניחו את הבד על משטח נקי או על מגבון מעבדה נטול סיבים, והניחו לאצטון להתאדות בתנאי הסביבה. קלפו שכבת גיבוי אחת של גיליון שרף אפוקסי מסוג סרט (film-type) בעל טמפרטורת אשייה של 125 degrees Celsius. הניחו גיליון בודד של סרט שרף אפוקסי על בד הפחמן הנקי.

הניחו את הבד כאשר צד האיפוקסי פונה כלפי מטה על פלטה מחממת בטמפרטורה של 70 °C. חממו את הבד למשך 10 שניות כדי להשרות מראש את הבד באיפוקסי. הניחו לבד הפרה-פרג (prepreg) להתקרר בתנאי הסביבה למשך 10 דקות.

לאחר מכן, הסר את שארית דף הגב מהצד המצופה באפוקסי. ערם את בד הפריפרג (prepreg) בערימה של רשת פשוטה (plain-weave) בסדר הערימה הרצוי כדי ליצור למינציה של בד סיבי פחמן בערגת רשת פשוטה. כדי להכין למינציה של לבד סיבי פחמן לא ארוג, הצמד גיליון אפוקסי בשלוש שכבות לכל צד של פיסת לבד פחמן נקייה ויבשה.

חממו את הצדדים המצופים באפוקסי של הלבד בטמפרטורה של 70 °C למשך 10 שניות כל אחד, כאשר מופעלת מסה על החלק העליון. המתינו לkירור של הלבד המרוויח (prepreg) למשך 10 דקות, ולאחר מכן קלפו את גיליונות התמיכה הנותרים. לאחר מכן, שטפו גיליונות של סרט שחרור מפלואורינated ethylene propylene, בעובי 25 µm וללא נקבים, באמצעות אתנול או אצטון.

ייבשו בזהירות את דפי ה-FEP באמצעות מגבונים נטולי סיבים, תוך הקפדה על מניעת קמטים או חורי סיכה. ודאו כי הדפים נקיים מזיהומים ומחלקיקים. לאחר מכן, הניחו כל דף נקי ויבש בין מגבונים נטולי סיבים, ואחסנו את הדפים בנרתיק פלסטיק נקי וחסין אבק.

כדי להתחיל בייצור הכומפוזיט, מרחו חומר למניעת הידבקות של סיליקון לתבנית הדחיסה. נגבו את התבנית בעזרת מגבונים נטולי סיבים כדי להשאיר רק שכבה דקה של חומר למניעת הידבקות. לאחר מכן, גזרו חתיכה של למינציה מוכנה מסיבי פחמן כך שתהיה קטנה מעט מחלל התבנית.

הנח יריעה של סרט FEP נקי בעובי 25 micrometer על התבנית התחתונה. הנח את הלמינציה על התבנית, וכסה אותה בסרט FEP בעובי 25 או 100 micrometer, בהתאם לסוג הסיב. החלק את הסרט בזהירות כך שלא יישארו בועות אוויר בין השכבה הרכה ללמינציה.

לאחר מכן, סגרו את תבנית הדחיסה. חממו מכבש חם ל-150 °C, והניחו את תבנית הדחיסה בתוך המכבש. עבור קומפוזיט של סיבים חד-כיווניים, הפעילו לחץ קבוע של 20 megapascals למשך 30 דקות.

עבור קומפוזיט ארוג, גרמו לחץ של 20 megapascals למשך ארבע דקות, שחררו את הלחץ, ומייד החילו שוב 20 megapascals. בצעו ניקוי של החומר באופן זה עד שצמיגות השרף תתחיל לעלות. לאחר מכן, שמרו על לחץ של 20 megapascals עד שהקומפוזיט יעבור תהליך פולימריזציה למשך 30 דקות בסך הכל.

עבור קומפוזיט לבד, הגבירו באיטיות את הלחץ לשלושה megapascals, תוך הקפדה לא לחרוג מערך זה. בצעו פולימריזציה (Cure) של החומר בלחץ של שלושה megapascals למשך 30 דקות. לאחר שהדגימה עברה פולימריזציה, ללא שחרור הלחץ, קררו את תבנית הדחיסה לטמפרטורה נמוכה מ-120 degrees Celsius.

לאחר מכן, שחררו את הלחץ, הסירו את התבנית והוציאו ממנה את הדגם שהוכן. תמונות במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) שצולמו בהטיה של חמש מעלות הראו כי הסיבים נראים בפירוט רב יותר בקומפוזיטים שהוכנו בשיטת השכבה הרכה מאשר באלו שהוכנו בכיבוש רגיל. דבר זה יוחס לביטול השכבה העשירה בשרף שעל פני הקומפוזיט.

למרות הסרת שכבת שרף האפוקסי, הסיבים לא הראו פגמים גלויים. המוליכות החשמלית לאורך העובי הייתה גבוהה יותר בקומפוזיטים שיוצרו בשיטת השכבה הרכה, עם ירידה תואמת בהתנגדות הסגולית לשטח אל מתחת ל-20 milliohms לסמ"ר בלחץ דחיסה של 1.38 megapascals. חוזקות המתיחה שנמדדו של קומפוזיטים בשכבה רכה היו דומות לאלו שיוצרו בשיטת הדחיסה הקונבנציונלית.

השילובים של בד ארוג ולבד הראו עליות של 22% ו-15% בהתאמה. עליות אלו ייחסו לשכבה הרכה שהפעילה לחץ אחיד על פני שטח השילוב. על ידי ביצוע הליך זה, תוכלו לייצר שילוב עם סיבים חשופים ללא קושי.

המנגנון פשוט. ועם הבנה טובה של החומר שבו אתם משתמשים, היישום הוא פשוט עוד יותר. בעת ביצוע פרוצדורה זו, זכרו לבצע כיוונונים עדינים כדי להתאימה ליישום הספציפי שלכם.

יש להתחשב בתנאי האשמור של הקומפוזיט ובבתכונות התרמיות של השכבה הרכה, ולהתאים את הפרוטוקול בהתאם כדי להשיג את התוצאות הרצויות.