Magnete ha aiutato la produzione di compositi: Una flessibile nuova tecnica per il raggiungimento di consolidamento ad alta pressione nei processi sottovuoto sacchetto/Lay-Up

L'obiettivo generale di questa procedura è utilizzare una tecnica di produzione di compositi assistita da magneti o MACM per migliorare significativamente la qualità dei laminati compositi con sacco a vuoto a umido applicando un'elevata pressione di consolidamento durante la fabbricazione del laminato. Il vantaggio principale di questa tecnica è che si tratta di un modo semplice e a basso costo per produrre laminati compositi e può essere utilizzata per fabbricare parti di grandi dimensioni e geometricamente complesse con relativa facilità. Questo metodo è ampiamente applicabile non solo nei processi di sacchi a vuoto a strato umido, ma anche in altre tecniche di produzione di compositi come l'indurimento preimpregnato fuori autoclave e lo stampaggio a trasferimento di resina assistito da vuoto.

La preparazione degli strati e la disposizione e il posizionamento dei magneti sono difficili da apprendere senza una dimostrazione visiva. Riteniamo che questa presentazione aiuterà altri ricercatori a implementare MACM per realizzare laminati compositi ad alte prestazioni. Per iniziare la procedura, posizionare con cura 25 magneti permanenti N52 al neodimio-ferro-boro da 1/2 pollice da un pollice per 1/2 pollici in una configurazione quadrata cinque per cinque in polarità alternata su una piastra magnetica in acciaio da 12 pollici per 6 pollici per 3/16 di pollice.

Usa una taglierina rotante per tessuti per tagliare sei strati di fibra di vetro a trama semplice da otto pollici per sei, quindi mescola insieme 40 grammi di resina epossidica e 10.96 grammi di indurente per resina a 350 giri/min fino a quando non saranno completamente miscelati. Degassare la resina per 15 minuti per rimuovere l'aria intrappolata introdotta durante il processo di miscelazione. Quindi, posizionare una piastra di alluminio di 0,3 millimetri di spessore otto pollici per sei pollici pre-rivestita con agente distaccante PTFE al centro di una pellicola di rilascio perforata da 10 1/2 pollici per 8 1/2 pollici.

Fissare i bordi della piastra di caul alla pellicola di rilascio con nastro di poliestere largo mezzo pollice. Quindi, fissare un foglio riscaldante in silicone flessibile con retro adesivo su un lato di una piastra in acciaio per utensili serie 400 spessa 1/4 di pollice. Coprire un'area di 17 pollici per 11 pollici sull'altro lato della piastra d'acciaio con una pellicola di rilascio in fibra di vetro rivestita in PTFE non porosa spessa 0.003 pollici.

Delinea l'area con nastro sigillante biadesivo largo 1/2 pollice progettato per l'insaccamento a vuoto. Applicare una quantità sufficiente di resina degassata su un'area di sei pollici per otto pollici per bagnare un singolo strato di fibra di vetro a trama semplice. Posiziona un singolo strato di tessuto sulla resina e usa un rullo per premere e spremere la resina in eccesso.

Versare altra resina sul tessuto e utilizzare una spatola per stendere la resina sul tessuto fino a quando il letto di fibre non è completamente saturo. Ripeti questo processo per i restanti cinque strati di fibra di vetro, utilizzando approssimativamente la stessa quantità di resina per ogni strato. Quindi, posizionare la piastra di caul su una preforma di fibra.

Fissare i bordi della pellicola protettiva attaccata con nastro di poliestere. Posizionare due strati di panno traspirante da 16 pollici per 10 pollici sopra la pellicola di rilascio. Posizionare il pezzo inferiore di una valvola del vuoto twist-lock in alluminio in due pezzi sul panno di sfiato, assicurandosi che la valvola si trovi ad almeno sei pollici o 15,3 centimetri dalla preforma satura per evitare il contatto con la resina in eccesso.

Rimuovere il supporto del nastro sigillante. Posizionare la pellicola per sacchi a vuoto sul gruppo e premere saldamente i bordi contro il nastro sigillante. Quindi, collegare la parte superiore della valvola del vuoto a una pompa del vuoto dotata di un regolatore di pressione.

Tagliare una piccola fessura nella pellicola del sacchetto sottovuoto sopra la parte inferiore della valvola. Inserire la parte superiore della valvola nella parte inferiore e ruotare delicatamente la parte superiore per bloccarla in posizione senza arricciare il sacchetto a vuoto. Avviare la pompa del vuoto, attendere che la pressione si stabilizzi a 93 chili Pascal e controllare la tenuta del sistema.

Clamp tutti e quattro i lati della piastra inferiore a una base di supporto per immobilizzare il gruppo. Lasciare indurire il laminato sotto vuoto costante per 45 minuti a temperatura ambiente. Quindi, posizionare con cura la serie di magneti permanenti sul sacchetto a vuoto, facendo attenzione che i magneti siano correttamente allineati con la pila di fibre.

Aumentare la temperatura della piastra inferiore a 60 gradi Celsius a cinque gradi Celsius al minuto. Polimerizza il laminato per otto ore a quella temperatura. Al termine dell'indurimento, rilasciare il vuoto, rimuovere il sacchetto a vuoto e sformare il laminato composito.

Per iniziare la procedura di misurazione, fissare una piastra inferiore in acciaio alla traversa mobile di uno strumento di prova meccanico dotato di una cella di carico a forza di 1.000 libbre e di un trasformatore differenziale variabile lineare. Fissare una piastra superiore in acciaio alla cella di carico. Assicurarsi che la piastra inferiore in acciaio si trovi ad almeno 25 millimetri dalla piastra superiore.

Quindi, posizionare con cura un magnete permanente al neodimio-ferro-boro sulla piastra inferiore. Inizia a muovere la piastra inferiore verso l'alto a uno o due millimetri al minuto. Registra la forza magnetica generata e lo spostamento nel tempo.

Continuare a monitorare le misurazioni della forza di compattazione magnetica fino a quando il magnete non tocca quasi la piastra superiore. Quindi, interrompere il test e calcolare la pressione di compattazione magnetica rispetto al gap. Per iniziare la determinazione della densità, tagliare tre campioni da un campione di laminato secondo le specifiche ASTM.

Mettere ogni campione in un becher contenente 300 millilitri di un liquido acquoso trasparente e pesante. Posizionare il campione composito nel becher e assicurarsi che il campione galleggi sul liquido. Aggiungere tre millilitri di acqua distillata al liquido e mescolare la soluzione a 1.000 giri/min per cinque minuti.

Continuare ad aggiungere acqua in questo modo fino a quando il campione composito non è sospeso nella miscela, indicando che la densità della soluzione è uguale alla densità del campione. Utilizzare una tazza a gravità specifica per determinare la densità della soluzione. Per iniziare la procedura di combustione della resina, posizionare ogni campione in un crogiolo di porcellana separato.

Misurare e registrare il peso dei campioni e dei crogioli, quindi posizionare i crogioli in una fornace. Riscalda il forno a 1, 112 gradi Fahrenheit o 600 gradi Celsius a circa 10 gradi Celsius al minuto e lascia che la resina bruci per quattro ore. Successivamente, spegnere il forno e aprire con cautela la porta del forno.

Lasciare raffreddare il forno a temperatura ambiente. Quindi, rimuovere i crogioli raffreddati dal forno e pesare le fibre di vetro recuperate per calcolare le frazioni in peso della fibra e della resina. La pressione magnetica misurata generata da un magnete al neodimio-ferro-boro in funzione dello spazio tra le piastre concorda bene con la scheda tecnica fornita dal fornitore, confermando che al laminato viene applicata una maggiore pressione magnetica al diminuire dello spessore del lay-up durante il processo di polimerizzazione.

Le moderate diminuzioni dello spessore di lay-up dei due laminati casuali durante il consolidamento hanno comportato un notevole aumento della pressione magnetica. Lo spessore del laminato a trama semplice è diminuito solo leggermente, con conseguente piccolo aumento della pressione magnetica durante il consolidamento. L'applicazione di una pressione di compattazione magnetica nell'intervallo da 0,2 a 0,4 mega Pascals ha ridotto significativamente lo spessore medio del laminato sia per i laminati in fibra di vetro a trama semplice che per quelli a trama casuale.

Ciò si è riflesso in una notevole riduzione delle aree ricche di resina e dei volumi vuoti. Questo cambiamento è stato osservato in più sistemi di resine. L'aumento della frazione di volume delle fibre e la diminuzione della frazione di volume dei vuoti dei laminati fabbricati con MACM hanno portato a miglioramenti significativi della resistenza alla flessione e del modulo di flessione rispetto ai laminati prodotti convenzionalmente.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare i magneti permanenti per applicare un'elevata pressione di consolidamento durante la polimerizzazione di un laminato nel processo di stratificazione a umido. L'elevata pressione di consolidamento ha notevolmente migliorato le proprietà di questi laminati compositi. Siamo molto entusiasti dell'uso della pressione magnetica nella produzione di laminati compositi strutturali ad alte prestazioni.

Riteniamo che questo metodo possa essere adottato in altri processi di produzione di compositi. Non dimenticare di prestare particolare attenzione durante la disposizione e il posizionamento dei magneti permanenti poiché generano una pressione molto elevata. Precauzioni come indossare guanti resistenti agli urti devono essere sempre prese durante l'esecuzione di questa procedura.