新しい複合加工法の試作: 軟層法による複合表面にファイバーを公開

この手順の全体的な目標は、表面処理なしで表面に露出した裸の繊維を持つ繊維強化複合材料を製造することです。この技術は、高価で非効率的な表面処理を使用せずに、複合材料表面に裸の繊維を露出させることができます。この技術の主な利点は、複合材料の電気伝導率と機械的強度を向上させることです。

この手法は生産性も高いです。エポキシをあらかじめ含浸させた一方向炭素繊維生地を調製するには、ラミネートの分割を避けるために、0度と90度の向きを含む順序で50〜60%の繊維体積分率でプリプレグの正方形を積み重ねます。プリプレグ平織り炭素繊維生地の各正方形を準備するには、まず生地をアセトンまたはエタノールで洗浄します。

生地を清潔な表面または糸くずの出ない実験室用ワイプの上に置き、周囲条件下でアセトンを蒸発させます。硬化温度125°Cのフィルム型エポキシ樹脂シートの裏地をはがします。クリーンなカーボン生地にエポキシ樹脂フィルムを1枚貼り付けます。

生地のエポキシ面を下にして、摂氏70度のホットプレートに置きます。生地を10秒間加熱して、生地にエポキシを事前に含浸させます。プリプレグ生地を周囲条件下で10分間冷まします。

次に、エポキシコーティングされた側から残りのバッキングシートをはがします。平織りのプリプレグ生地を所望のスタッキングシーケンスで積み重ねて、平織りの炭素繊維生地ラミネートを形成します。不織布カーボンファイバーフェルトラミネートを調製するには、清潔で乾燥したカーボンフェルトの両側に3層エポキシシートを塗布します。

フェルトのエポキシコーティングされた側面を摂氏70度で10秒間加熱し、上部に質量を適用します。プリプレグフェルトを10分間冷ましてから、残りのバッキングシートをはがします。次に、厚さ25マイクロメートルの穴が開いていないフッ素化エチレンプロピレン放出フィルムのシートをエタノールまたはアセトンで洗浄します。

FEPシートは、しわやピンホールを引き起こさないように、糸くずの出ないワイプで慎重に乾かします。シートに汚染物質や粒子状物質がないことを確認してください。次に、清潔で乾燥した各シートを糸くずの出ないワイプの間に置き、シートをほこりのない清潔なプラスチックケースに保管します。

複合材の作製を開始するには、シリコーン離型剤を圧縮型に塗布します。糸くずの出ないワイプで型を拭いて、離型剤の薄い層だけを残します。次に、準備した炭素繊維ラミネートの一部を、金型キャビティよりもわずかに小さくトリミングします。

厚さ25マイクロメートルのきれいなFEPフィルムのシートを下型に置きます。ラミネートを金型に置き、繊維の種類に応じて厚さ25マイクロメートルまたは100マイクロメートルのFEPフィルムで覆います。フィルムを丁寧に滑らかにし、軟質層とラミネートの間に気泡が残らないようにします。

次に、圧縮型を閉じます。ホットプレスを150°Cに加熱し、圧縮型をプレスに置きます。一方向ファイバーコンポジットの場合は、20メガパスカルを30分間常に塗布します。

織物複合材料の場合は、20メガパスカルを4分間塗布し、圧力を解放してから、すぐに20メガパスカルを再塗布します。この方法で、樹脂の粘度が上昇し始めるまで材料をパージします。次に、複合材料が硬化するまで、圧力を20メガパスカルに保持し、合計30分間待ちます。

フェルトコンポジットの場合は、オーバーシュートしないように注意しながら、圧力をゆっくりと3メガパスカルに上げます。材料を3メガパスカルで30分間硬化させます。サンプルが硬化したら、圧力を逃がさずに、圧縮金型を摂氏120度未満に冷却します。

その後、圧力を解放し、金型を取り外し、作製した試料を型から外します。5度の傾斜で取得した走査型電子顕微鏡の画像は、ソフトレイヤー法で製造された複合材料の方が、従来の圧縮成形よりも繊維がより詳細に見えることを示しました。これは、複合材料の上部にある樹脂に富む層が排除されたことに起因していました。

エポキシ樹脂層を排除したにもかかわらず、繊維には目に見える欠陥は見られませんでした。軟質層法で製造された複合材料では、厚さ全体の電気伝導率が大きくなり、1.38メガパスカルの圧縮圧力で面積比抵抗が20mΩ/平方センチメートル未満に減少しました。軟質層複合材料の測定された引張強度は、従来の圧縮法で製造されたものと同等でした。

織物とフェルト複合材料は、それぞれ22%と15%の増加を示しました。これらの増加は、軟質層が複合材料表面全体に均一な圧力を加えることに起因していました。この手順に従うことで、繊維露出複合材料を難なく作製することができます。

メカニズムはシンプルです。また、資料をよく理解すれば、実装はさらに簡単になります。この手順を試行する際は、特定のアプリケーションに合わせて微調整することを忘れないでください。

複合材料の硬化条件と軟質層の熱特性を考慮し、それに応じて手順を調整して目的の結果を得ます。