Wicking Test per unidirezionali Tessuti: Misure di capillare parametri per valutare capillare pressione nei Processi Liquid Composite Molding

L'obiettivo generale di questa procedura è valutare i valori di pressione capillare delle fibre necessari per progettare processi di stampaggio di compositi a liquido. Questo metodo può aiutare a rispondere a una domanda fondamentale nel campo della produzione di compositi mediante processi di stampaggio di compositi a liquido, riguardo alla formazione di vuoti e zone asciutte in componenti compositi di grandi dimensioni e complessi. Il vantaggio di questa tecnica è che può essere utilizzata con un tensiometro standard e qualsiasi tipo di rinforzo per compositi.

Dimostrerà questa procedura Monica Francesca Pucci, studentessa di dottorato presso il Laboratorio George Friedel, qui all'Ecole Mines Saint-Etienne. Per iniziare la preparazione del campione, tagliare una striscia di tessuto perpendicolarmente alla trama, larga 20 millimetri e con un volume di fibre del 40%. Arrotolare la striscia in un cilindro stretto, assicurandosi che l'arrotolamento sia uniforme lungo tutta la lunghezza. Avvolgere il campione in carta filtrante non più spessa di 0,1 millimetri.

Inserire con attenzione il campione nel portacampioni, assicurandosi che il tessuto sia uniformemente separato dal portacampioni tramite la carta filtrante. Avvitare i tappi del portacampioni per compattare il campione di tessuto sotto il pistone. Dopo aver preparato il campione di tessuto, fissare il portacampioni al tensiometro.

Riempire un contenitore in vetro borosilicato largo 70 millimetri con n-esano fino a un'altezza di 12 millimetri. Posizionare il contenitore sulla piattaforma di sollevamento del tensiometro. Nel software del tensiometro, impostare la velocità di traslazione del contenitore del liquido a 0,5 millimetri al secondo e la soglia di rilevamento della superficie a otto milligrammi.

Quindi, avviare il test di assorbimento. Una volta che il liquido entra in contatto con il campione, monitorare l'aumento della massa del liquido nel tempo tramite il software dello strumento. Quando il liquido raggiunge la sommità del campione, come indicato dall'assenza di ulteriori aumenti di massa, terminare il test.

Adattare il segmento lineare della curva di risalita all'equazione di Washburn e determinare la costante geometrica utilizzando zero gradi per l'angolo di contatto in avanzamento. Rimuovere il portacampioni e il contenitore di esano dal tensiometro.

Aprire il portacampioni e rimuovere il campione di tessuto. Successivamente, immergere il portacampioni in acido solfocromico per 30 secondi. Risciacquare il portacampioni con acqua distillata e asciugarlo con un getto di aria compressa.

Preparare un campione identico di tessuto arrotolato avvolto in carta da filtro. Posizionarlo nel portacampioni pulito e asciutto per la misurazione dell'angolo di contatto in avanzamento. Chiudere il portacampioni.

Posizionare un contenitore in vetro borosilicato largo 70 millimetri, riempito con acqua fino a una profondità di 12 millimetri, nel tensiometro. Fissare il portacampioni nel tensiometro. Impostare i parametri del tensiometro ed eseguire il test di bagnabilità.

Adattare la curva di risalita all'equazione di Washburn utilizzando il fattore geometrico calcolato in precedenza e determinare l'angolo di contatto in avanzamento. Rimuovere e pulire il portacampioni con acido solfocromico e acqua distillata.

Asciugare il supporto con aria compressa. Posizionare un pezzo di carta da filtro nel supporto del campione come controllo per valutare il contributo del peso del liquido derivante dal supporto e dalla carta da filtro. Fissare il supporto del campione in un contenitore di esano nel tensiometro.

Eseguire il test di risalita capillare e adattare la curva all'equazione di Washburn. Sottrarre l'aumento di massa al quadrato dal valore precedente del test con esano. Correggere la costante geometrica tenendo conto dell'aumento di massa dovuto all'assorbimento del liquido da parte della carta filtrante e del portacampioni.

Pulire il portacampioni e inserire un altro pezzo di carta da filtro. Posizionare il portacampioni in un contenitore di acqua all'interno del tensiometro. Eseguire il test di capillarità e adattare la curva all'equazione di Washburn.

Sottrarre il valore della massa guadagnata al quadrato dal valore precedente del test con acqua e correggere l'angolo di contatto in avanzamento. Il tessuto di carbonio è stato valutato con questa procedura. Nei test con esano e acqua, la curva di bagnamento è lineare.

Utilizzando l'angolo di contatto dinamico apparente e i valori determinati dal fattore geometrico, è possibile determinare la pressione capillare. Quando tessuti di lino trattati e non trattati sono stati valutati con esano, entrambi i tessuti hanno mostrato un andamento lineare nell'assorbimento. Tuttavia, quando sono stati valutati con acqua, i campioni di lino non trattati non hanno seguito un andamento lineare, impedendo la determinazione dell'angolo di contatto dinamico.

Questa differenza è stata attribuita al rigonfiamento delle fibre non trattate durante il processo di imbibizione, che influisce sul peso all'equilibrio finale e sulla velocità di imbibizione. È stata utilizzata un'equazione di Washburn modificata, che tiene conto del rigonfiamento, per determinare la pressione capillare nella lino non trattato. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come stimare la pressione capillare al fine di prevenire la formazione di vuoti o zone asciutte in parti composite realizzate mediante processi di stampaggio composito a liquido.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 30 minuti se effettuata correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante prestare attenzione all'orientamento delle fibre. Dopo aver seguito questa procedura, possono essere eseguiti test nell'altra direzione delle fibre per rispondere a ulteriori domande, come l'interazione tra l'autotrofia dei rinforzi del tessuto e l'autotrofia degli effetti capillari.

Dopo questo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada alla ricerca nel campo della caratterizzazione dell'effetto capillare, per esplorare i salti di pressione capillare nei compositi ibridi. Non dimenticare che lavorare con acido solfocromico può essere estremamente pericoloso. E precauzioni come un'adeguata ventilazione, guanti e occhiali di sicurezza devono essere sempre adottate durante l'esecuzione di questa procedura.