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 quello di fabbricare un composito rinforzato con fibre nude esposte sulla superficie senza alcun trattamento superficiale. Questa tecnica può esporre fibre nude su una superficie composita senza l'uso di trattamenti superficiali costosi e inefficienti. Il vantaggio principale di questa tecnica è che migliora la conduttività elettrica e la resistenza meccanica del composito.

Questa tecnica ha anche un'elevata produttività. Per preparare un tessuto in fibra di carbonio unidirezionale, pre-impregnato con resina epossidica, impilare quadrati di preimpregnato con una frazione di volume di fibra dal 50 al 60% in una sequenza che include orientamenti di zero gradi e 90 gradi per evitare la spaccatura del laminato. Per preparare ogni quadrato di tessuto in fibra di carbonio a trama semplice preimpregnato, prima pulire il tessuto con acetone o etanolo.

Posizionare il tessuto su una superficie pulita o su una salvietta da laboratorio priva di lanugine e lasciare evaporare l'acetone in condizioni ambientali. Staccare un supporto di un foglio di resina epossidica a film con una temperatura di polimerizzazione di 125 gradi Celsius. Applicare un singolo foglio di pellicola di resina epossidica sul tessuto di carbonio pulito.

Posizionare il tessuto con il lato epossidico rivolto verso il basso su una piastra calda a 70 gradi Celsius. Riscaldare il tessuto per 10 secondi per pre-impregnare il tessuto con resina epossidica. Lasciare raffreddare il tessuto preimpregnato in condizioni ambientali per 10 minuti.

Quindi, rimuovere il foglio di supporto rimanente dal lato rivestito con resina epossidica. Impila il tessuto preimpregnato a trama semplice nella sequenza di impilamento desiderata per formare il laminato in fibra di carbonio a trama semplice. Per preparare il laminato in feltro in fibra di carbonio non tessuta, applicare un foglio epossidico a triplo strato su ciascun lato di un pezzo di feltro di carbonio pulito e asciutto.

Riscaldare i lati rivestiti in resina epossidica del feltro a 70 gradi Celsius per 10 secondi ciascuno con la massa applicata sulla parte superiore. Lasciare raffreddare il feltro preimpregnato per 10 minuti, quindi staccare i fogli di supporto rimanenti. Successivamente, lavare fogli di pellicola di etilene propilene fluorurato di 25 micrometri di spessore, non perforata, con etanolo o acetone.

Asciugare accuratamente i fogli FEP con salviette prive di lanugine senza causare pieghe o fori di spillo. Assicurarsi che le lastre siano prive di contaminanti e particolato. Quindi, posiziona ogni foglio pulito e asciutto tra le salviette prive di lanugine e conserva i fogli in una custodia di plastica pulita e priva di polvere.

Per iniziare la fabbricazione del composito, applicare il distaccante dello stampo in silicone allo stampo a compressione. Pulisci lo stampo con salviette prive di lanugine per lasciare solo un sottile strato di rilascio dello stampo. Quindi, taglia un pezzo di laminato in fibra di carbonio preparato in modo che sia leggermente più piccolo della cavità dello stampo.

Posizionare un foglio di pellicola FEP pulita spessa 25 micrometri sullo stampo inferiore. Posizionare il laminato sullo stampo e coprirlo con una pellicola FEP spessa 25 o 100 micrometri, a seconda del tipo di fibra. Lisciare accuratamente la pellicola in modo che non rimangano bolle d'aria tra lo strato morbido e il laminato.

Quindi, chiudere lo stampo a compressione. Riscaldare una pressa a caldo a 150 gradi Celsius e posizionare lo stampo a compressione nella pressa. Per il composito di fibre unidirezionali, 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. Quindi, mantenere la pressione a 20 megapascal fino a quando il composito non si è indurito per 30 minuti in totale.

Per un composito di feltro, aumentare lentamente la pressione a tre megapascal, facendo attenzione a non superare. Polimerizzare il materiale a tre megapascal per 30 minuti. Una volta che il campione è indurito, senza rilasciare la pressione, raffreddare lo stampo a compressione a meno di 120 gradi Celsius.

Quindi, rilasciare la pressione, rimuovere lo stampo e sformare il campione fabbricato. Le immagini di microscopia elettronica a scansione acquisite con un'inclinazione di cinque gradi hanno mostrato che le fibre erano visibili in modo più dettagliato nei compositi fabbricati con il metodo dello strato morbido rispetto allo stampaggio a compressione convenzionale. Ciò è stato attribuito all'eliminazione dello strato ricco di resina sulla parte superiore del composito.

Nonostante l'eliminazione dello strato di resina epossidica, le fibre non presentavano difetti visibili. La conducibilità elettrica a tutto spessore era maggiore nei compositi fabbricati con il metodo dello strato morbido, con una corrispondente diminuzione della resistenza area-specifica al di sotto di 20 milliohm per centimetro quadrato a una pressione di compattazione di 1,38 megapascal. Le resistenze alla trazione misurate dei compositi a strato morbido erano paragonabili a quelle fabbricate con il metodo di compressione convenzionale.

I compositi in tessuto e feltro hanno mostrato aumenti rispettivamente del 22% e del 15%. Questi aumenti sono stati attribuiti allo strato morbido che applica una pressione uniforme sulla superficie composita. Seguendo questa procedura, sarai in grado di fabbricare un composito esposto in fibra senza difficoltà.

Il meccanismo è semplice. E con una buona comprensione del materiale, l'implementazione è ancora più semplice. Durante il tentativo di eseguire questa procedura, ricordarsi di regolarla in modo che si adatti 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.