Applicazione di modelli stencil permanenti e robusti di particelle fini su superfici elastomeriche

La nostra ricerca si concentra sulla comprensione delle grandi deformazioni negli elastomeri magnetoreologici sotto carico combinato di campo meccanico e magnetico. Per visualizzare quantitativamente queste deformazioni nei nostri esperimenti, utilizziamo tecniche di tracciamento ottico come la DIC che richiedono marcature permanenti sulla superficie dei nostri campioni di silicone. Utilizziamo la correlazione di immagini digitali insieme a una macchina di prova universale personalizzata in grado di applicare carichi sia meccanici che magnetici ai nostri campioni.

Le superfici dei campioni sono contrassegnate con motivi per dare al software qualcosa da tracciare. Senza marcature permanenti sulla superficie, il tracciamento delle deformazioni è impossibile. I siliconi sono intrinsecamente non adesivi e altamente estensibili.

Ciò significa che le vernici e i metodi di marcatura più comuni per le materie plastiche non funzionano perché non si attaccano o possono rompersi e sfaldarsi quando le sollecitazioni sono molto elevate. Il nostro protocollo risponde alla necessità di un metodo affidabile per marcare gli elastomeri sottoposti a grandi deformazioni, consentendo un tracciamento ottico accurato attraverso cicli meccanici ripetuti. A differenza della maggior parte dei metodi di marcatura che sbiadiscono o si sfaldano con il tempo o con sollecitazioni elevate, il nostro approccio consente di marcare, conservare, caricare e scaricare i campioni senza degradazione.

Ciò garantisce un monitoraggio e una ripetibilità coerenti negli esperimenti, in particolare per gli studi sull'invecchiamento e sulla fatica. Per iniziare, collegare il compressore d'aria all'aerografo. Collegare il compressore d'aria a una presa elettrica appropriata e accenderlo.

All'interno di una cappa aspirante, indossando gli appositi dispositivi di protezione individuale, riempire l'aerografo con alcool isopropilico e pulirlo più volte. Ora, posiziona lo stencil su un tovagliolo di carta all'interno di una cappa aspirante. Tenere l'ugello di spruzzatura a circa 30 centimetri di distanza dallo stencil e spruzzare una mano di adesivo sullo stencil con un movimento regolare e continuo.

Attendi da 30 a 60 secondi finché lo stencil non diventa appiccicoso ma non è più bagnato. Quindi, posiziona lo stampo su un tovagliolo di carta all'interno di una cappa aspirante e usa guanti puliti e non in lattice per raccogliere con cura lo stencil senza disturbare l'adesivo. Posiziona il lato adesivo dello stencil sullo stampo e fai scorrere saldamente un dito sullo stencil per appiattirlo, garantendo un contatto uniforme con lo stampo.

Quindi, usando il nastro adesivo da pittore, fissa i bordi dello stencil allo stampo. Per la correlazione digitale delle immagini, o stampo DIC speckle, posizionare lo stampo su un tovagliolo di carta all'interno di una cappa aspirante con la superficie della cavità dello stampo rivolta verso l'alto. Tenere l'ugello di spruzzatura a circa 30 centimetri di distanza dallo stampo e applicare uno strato di distaccante sullo stampo con un movimento regolare e continuo.

All'interno di una cappa aspirante, utilizzare un imbuto o un cucchiaino per trasferire circa 10 millilitri di polvere fine in una provetta. Aggiungere alcol isopropilico alla provetta per portare il volume totale a 45 millilitri. Sigillare la provetta e agitarla energicamente per mescolare la sospensione.

Ora, agitare nuovamente la sospensione preparata per omogeneizzare nuovamente il contenuto e riempire il contenitore dell'aerografo fino a riempirlo al 75% con la sospensione. Accendere il compressore d'aria e verificare che la pressione dell'aria sia impostata tra 1.38 e 1.72 bar o da 20 a 25 libbre per pollice quadrato. All'interno della cappa aspirante, posizionare lo stampo con lo stencil aderente con un angolo leggermente fuori verticale e puntare l'aerografo leggermente verso il lato dello stampo per assicurarsi che lo spray inizi prima di raggiungere lo stampo.

Quindi, tirare delicatamente indietro il grilletto dell'aerografo per iniziare a spruzzare. Applicare delicatamente la prima mano della sospensione, mantenendo l'ugello a circa 30 centimetri dalla superficie e muovendosi con un movimento continuo. Dopo la prima mano, rilasciare il grilletto dell'aerografo e osservare la superficie per una distribuzione uniforme della sospensione di particelle fini.

Se necessario, applicare strati aggiuntivi sullo stencil e sulla superficie dello stampo. Attendere che le particelle fini siano visibilmente asciutte prima di rimuovere lo stencil e garantire un tempo di asciugatura minimo compreso tra 180 e 300 secondi. Quindi, rimuovi il nastro adesivo dal bordo superiore più corto dello stampo e tira lentamente il nastro verso l'alto per staccare lo stencil dallo stampo con un movimento fluido.

Dopo aver acceso il compressore d'aria, posizionare lo stampo senza stencil con un angolo leggermente fuori verticale per un'applicazione a spruzzo perpendicolare all'interno della cappa aspirante. Per testare l'aerografo, comprimere brevemente il grilletto mentre si spruzza su un foglio di carta di ricambio. Verificare che il pattern speckle risultante sia spazialmente casuale e di dimensioni adeguate per la configurazione di imaging sperimentale.

Ora, premi il grilletto sullo stampo per applicare il motivo a macchie sulla sua superficie e attendi almeno 180-300 secondi fino a quando le particelle fini non sono visibilmente asciutte. Infine, assemblare lo stampo in preparazione per il processo di stampaggio a iniezione o conservarlo per alcuni giorni prima dello stampaggio a iniezione. Dopo l'indurimento degli elastomeri siliconici, gli stampi possono essere facilmente rimossi.

I motivi o le macchioline inizialmente spruzzati sugli stampi si trasferiscono sulla superficie dell'elastomero finito con alta fedeltà. I campioni creati per i test meccanici includevano varie geometrie, come piastre, cilindri e cubi con griglia contrastante e motivi a macchie su superfici opposte, tra cui piastre bianche con griglie nere, piastre nere con griglie bianche e piastre con griglie blu. Il modello che aderisce al campione di silicone durante l'indurimento può essere di qualsiasi forma o colore.

Il modello non si stacca e può essere utilizzato ripetutamente in esperimenti di deformazione di grandi dimensioni. I modelli di progettazione dell'inseguimento ottico includevano modelli a griglia, modelli di speckle DIC sparsi e modelli di speckle densi per diverse esigenze di misurazione della deformazione. L'analisi della correlazione delle immagini digitali in condizioni di deformazione globale crescente ha mostrato uno spostamento locale progressivo in direzione verticale, visualizzato da una mappa di calore con colori che vanno dal rosso al blu.