エラストマー表面への微粒子の永続的で堅牢なステンシルパターンの適用

私たちの研究は、機械的および磁気場負荷が組み合わさった磁気レオロジーエラストマーの大きな変形を理解することに焦点を当てています。実験でこれらの変形を定量的に視覚化するために、シリコーンサンプルの表面に恒久的なマーキングを必要とするDICなどの光学追跡技術を使用します。デジタル画像相関と、試験片に機械的荷重と磁気的荷重の両方を加えることができるカスタマイズされた万能試験機を使用しています。

試験片の表面にはパターンがマークされており、ソフトウェアが追跡できるようにしています。永久的な表面マーキングがなければ、変形追跡は不可能です。シリコーンは本質的に非粘着性であり、伸縮性に優れています。

これは、プラスチックの最も一般的な塗料やマーキング方法が、ひずみが非常に大きいとくっつかなかったり、ひび割れたり剥がれたりする可能性があるため、機能しないことを意味します。当社のプロトコルは、大きな変形を受けるエラストマーをマーキングする信頼性の高い方法のニーズに対応し、繰り返される機械的サイクルによる正確な光学追跡を可能にします。時間や高ひずみとともに色あせたり剥がれたりするほとんどのマーキング方法とは異なり、当社のアプローチでは、標本を劣化させることなく、マーキング、保管、積み下ろしを行うことができます。

これにより、実験、特に経年劣化や疲労の研究において、一貫した追跡と再現性が保証されます。まず、エアコンプレッサーをエアブラシに取り付けます。エアコンプレッサーを適切なコンセントに差し込み、電源を入れます。

ヒュームフード内では、適切な個人用保護具を着用した状態で、エアブラシにイソプロピルアルコールを充填し、複数回洗浄します。次に、ステンシルをドラフト内のペーパータオルの上に置きます。スプレーノズルをステンシルから約30センチ離し、ステンシルに接着剤を1回スプレーし、スムーズかつ連続的な動きでステンシルにスプレーします。

ステンシルが粘着性になるが濡れなくなるまで、30〜60秒待ちます。次に、型をドラフト内のペーパータオルの上に置き、清潔な非ラテックス手袋を使用して、接着剤を乱さずにステンシルを慎重に持ち上げます。ステンシルの粘着面を金型の上に置き、1本の指でステンシルをしっかりとなぞって平らにし、金型に均一に接触させます。

次に、ペインターテープを使用して、ステンシルの端を型にテープで貼り付けます。デジタル画像相関、またはDICスペックルモールドの場合は、金型キャビティの表面を上に向けて、ヒュームフード内のペーパータオルの上に金型を置きます。スプレーノズルを金型から約30センチ離し、離型剤を滑らかで連続した動きで金型に1回塗布します。

ヒュームフード内で、漏斗または小さなスプーンを使用して、約 10 ミリリットルの微粉末を試験管に移します。試験管にイソプロピルアルコールを加えて、総量を45ミリリットルにします。試験管を密封し、激しく振って懸濁液を混合します。

次に、準備した懸濁液を再度振とうして内容物を再均質化し、懸濁液が75%満たされるまでエアブラシ容器を満たします。エアコンプレッサーの電源を入れ、空気圧が1.38〜1.72バール、または20〜25ポンド/平方インチに設定されていることを確認します。ヒュームフードの内側で、ステンシルを貼り付けた金型を垂直から少しずれた角度で配置し、エアブラシを金型の側面に少しずらして向けて、金型に到達する前にスプレーが開始されるようにします。

次に、エアブラシのトリガーをゆっくりと引き戻してスプレーを開始します。ノズルを表面から約30センチメートル離し、連続的な動きで動かしながら、サスペンションの最初のコートをスムーズに塗布します。最初のコートの後、エアブラシのトリガーを放し、表面が微粒子懸濁液が均一に分布しているかどうかを観察します。

必要に応じて、ステンシルと金型表面に追加のレイヤーを適用します。ステンシルを取り外す前に、微粒子が目に見えて乾くまで待ち、最低乾燥時間は 180 秒から 300 秒であることを確認します。次に、金型の上部の短い端からペインターテープを剥がし、テープをゆっくりと上に引っ張って、ステンシルを 1 回のスムーズな動きで金型から取り外します。

エアコンプレッサーの電源を入れた後、ステンシルのない金型をわずかに垂直から外れた角度で配置し、ヒュームフード内に垂直にスプレーを塗布します。エアブラシをテストするには、予備の紙にスプレーしながらトリガーを短時間圧縮します。結果のスペックルパターンが空間的にランダムであり、実験イメージングセットアップに適したサイズであることを確認します。

次に、トリガーを金型上でフリックして表面にスペックルパターンを適用し、微粒子が目に見えて乾くまで少なくとも180〜300秒待ちます。最後に、射出成形プロセスの準備として金型を組み立てるか、射出成形の数日前に保管します。シリコーンエラストマーの硬化後、金型は簡単に取り外すことができます。

最初に金型にスプレーされたパターンや斑点は、完成したエラストマー表面に忠実度が高く転写されます。機械的試験用に作成された試験片には、黒いグリッドを持つ白いプレート、白いグリッドを持つ黒いプレート、青いグリッドを持つプレートなど、反対側の表面に対照的なグリッドとスペックルパターンを持つプレート、円柱、立方体など、さまざまな形状が含まれていました。硬化中にシリコーン試験片に付着するパターンは、任意の形状や色にすることができます。

パターンが剥がれず、大きな変形実験で繰り返し使用できます。光学追跡設計パターンには、グリッドパターン、スパースDICスペックルパターン、およびさまざまなひずみ測定ニーズに対応する高密度スペックルパターンが含まれていました。グローバルひずみが増大する下でのデジタル画像相関解析では、赤から青までの色のヒートマップで視覚化された、垂直方向への進行性局所変位が示されました。