Implementazione sperimentale di un nuovo metodo di fabbricazione compositi: esponendo fibre nude sulla superficie composita dal metodo strato morbido

L'obiettivo generale di questa procedura è fabbricare un composito rinforzato con fibre, esponendo fibre nude sulla superficie senza alcun trattamento superficiale. Questa tecnica può esporre fibre nude su una superficie composita senza ricorrere a costosi e inefficienti trattamenti superficiali. Il vantaggio principale di questa tecnica è che migliora la conducibilità elettrica e le resistenze meccaniche del composito.

Questa tecnica presenta anche un'elevata produttività. Per preparare un tessuto in fibra di carbonio unidirezionale preimpregnato con resina epossidica, impilare quadrati di prepreg con una frazione volumetrica di fibra compresa tra il 50 e il 60% in una sequenza che includa orientamenti a zero gradi e a 90 gradi, al fine di evitare la delaminazione del laminato. Per preparare ogni quadrato di tessuto in fibra di carbonio a trama semplice preimpregnato, pulire innanzitutto il tessuto con acetone o etanolo.

Posizionare il tessuto su una superficie pulita o su un panno da laboratorio senza pelucchi e lasciare evaporare l'acetone in condizioni ambiente. Rimuovere un supporto da un foglio di resina epossidica in forma di film con una temperatura di polimerizzazione di 125 gradi Celsius. Applicare un singolo foglio di film di resina epossidica sul tessuto di carbonio pulito.

Posizionare il tessuto con il lato dell'epossidico rivolto verso il basso su una piastra riscaldante a 70 gradi Celsius. Riscaldare il tessuto per 10 secondi per pre-impregnarlo con l'epossidico. Lasciare raffreddare il tessuto pre-impregnato in condizioni ambiente per 10 minuti.

Quindi, rimuovere il foglio di supporto residuo dal lato rivestito con epossidico. Impilare il tessuto prepreg a tessitura semplice nella sequenza desiderata per formare il laminato in tessuto di fibra di carbonio a tessitura semplice. Per preparare il laminato in feltro di fibra di carbonio non tessuto, applicare un foglio di epossidico a tre strati su ciascun lato di un pezzo di feltro di carbonio pulito e asciutto.

Riscaldare i lati del feltro rivestiti con epossidico a 70 gradi Celsius per 10 secondi ciascuno applicando una massa sulla parte superiore. Lasciare raffreddare il feltro prepreg per 10 minuti, quindi rimuovere i fogli di supporto rimanenti. Successivamente, lavare fogli di film distaccabile in fluoruro di etilene propilene non perforato dello spessore di 25 micrometri con etanolo o acetone.

Asciugare attentamente i fogli in FEP con salviette senza pelucchi, senza provocare grinze o fori. Assicurarsi che i fogli siano privi di contaminanti e materiale particolato. Successivamente, posizionare ciascun foglio pulito e asciutto tra salviette senza pelucchi e conservare i fogli in un contenitore di plastica pulito e privo di polvere.

Per iniziare la fabbricazione del composito, applicare un distaccante in silicone sullo stampo a compressione. Pulire lo stampo con salviette senza lanugine in modo da lasciare solo uno strato sottile di distaccante. Successivamente, tagliare un pezzo di laminato in fibra di carbonio preparato in modo che sia leggermente più piccolo della cavità dello stampo.

Posizionare un foglio di film FEP pulito dello spessore di 25 micrometri sullo stampo inferiore. Posizionare il laminato sullo stampo e coprirlo con un film FEP dello spessore di 25 o 100 micrometri, a seconda del tipo di fibra. Livellare con cura il film in modo che non rimangano bolle d'aria tra lo strato morbido e il laminato.

Quindi, chiudere lo stampo di compressione. Riscaldare una pressa calda a 150 gradi Celsius e inserire lo stampo di compressione nella pressa. Per il composito con fibra unidirezionale, applicare costantemente 20 megapascal per 30 minuti.

Per un composito tessuto, applicare 20 megapascal per quattro minuti, rilasciare la pressione e riapplicare immediatamente 20 megapascal. Spurgare il materiale in questo modo fino a quando la viscosità della resina inizia ad aumentare. Successivamente, mantenere la pressione a 20 megapascal fino a quando il composito non ha polimerizzato per un totale di 30 minuti.

Per un composito in feltro, aumentare lentamente la pressione fino a tre megapascal, avendo cura di non superare il valore desiderato. Mantenere il materiale in cura a tre megapascal per 30 minuti. Una volta che il campione è stato curato, senza rilasciare la pressione, raffreddare lo stampo di compressione al di sotto di 120 gradi Celsius.

Quindi, rilasciare la pressione, rimuovere lo stampo ed espellere il campione realizzato. Le immagini di microscopia elettronica a scansione acquisite con un'inclinazione di cinque gradi hanno mostrato che le fibre erano visibili con maggior dettaglio nei compositi realizzati con il metodo dello strato morbido rispetto a quelli ottenuti con la pressatura tradizionale. Ciò è stato attribuito all'eliminazione dello strato ricco di resina sulla superficie del composito.

Nonostante l'eliminazione dello strato di resina epossidica, le fibre non hanno mostrato difetti visibili. La conducibilità elettrica attraverso lo spessore era maggiore nei compositi realizzati con il metodo dello strato morbido, con una corrispondente riduzione della resistenza specifica per area al di sotto di 20 milliohm per centimetro quadrato a una pressione di compattazione di 1,38 megapascal. Le resistenze a trazione misurate nei compositi con strato morbido erano paragonabili a quelle ottenute con il metodo convenzionale di compressione.

I compositi in tessuto intrecciato e feltro hanno mostrato aumenti rispettivamente del 22% e del 15%. Questi incrementi sono stati attribuiti allo strato morbido che applica una pressione uniforme su tutta la superficie del composito. Seguendo questa procedura, sarà possibile realizzare un composito con fibre esposte senza difficoltà.

Il meccanismo è semplice. E con una buona comprensione del materiale, l'implementazione è ancora più semplice. Durante il tentativo di questa procedura, ricordarsi di regolarla con precisione per adattarla all'applicazione specifica.

Considerare le condizioni di polimerizzazione del composito e le proprietà termiche dello strato morbido, e regolare la procedura di conseguenza per ottenere i risultati desiderati.