단방향 직물에 대한 테스트를 심지 : 모세관 매개 변수의 측정은 액체 복합 성형 공정에서 모세관 압력을 평가하는

본 절차의 전반적인 목표는 액상 복합재 성형 공정 설계에 필요한 섬유 모세관 압력 값을 평가하는 것입니다. 이 방법은 액상 복합재 성형 공정을 통한 복합재 제조 분야에서 크고 복잡한 복합재 부품 내의 보이드(void) 및 드라이 스팟(dry-spot) 형성과 관련된 핵심 질문에 대한 답을 찾는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 기술의 장점은 표준 텐시오미터(tensiometer)와 모든 종류의 복합재 보강재에 사용할 수 있다는 점입니다.

본 절차의 시연은 Ecole Mines Saint-Etienne의 George Friedel Laboratory 박사 과정 학생인 Monica Francesca Pucci가 진행하겠습니다. 시료 준비를 시작하기 위해, 결에 수직 방향으로 너비 20 millimeters, 섬유 부피 분율 40%의 직물 스트립을 자릅니다. 스트립 전체가 균일하게 말리도록 하여 단단한 원통형으로 맙니다. 두께가 0.1 millimeters 이하인 거름종이로 시료를 감쌉니다.

샘플 홀더에 샘플을 조심스럽게 삽입하며, 거름종이에 의해 직물이 홀더로부터 균일하게 분리되었는지 확인하십시오. 샘플 홀더 캡을 돌려 끼워 피스톤 아래에서 직물 샘플을 압착합니다. 직물 샘플 준비가 완료되면, 샘플 홀더를 텐시오미터(tensiometer)에 고정하십시오.

폭 70 millimeter의 붕규산 유리 용기에 n-hexane을 12 millimeter 높이까지 채웁니다. 해당 용기를 표면장력계 승강 플랫폼 위에 놓습니다. 표면장력계 소프트웨어에서 액체 용기 이동 속도를 0.5 millimeter/second로, 표면 감지 임계값을 8 milligram으로 설정합니다.

그런 다음, 흡수 테스트를 시작합니다. 액체가 시료에 닿으면, 기기 소프트웨어에서 시간에 따른 액체 질량 증가량을 모니터링하십시오. 질량 증가가 더 이상 나타나지 않아 액체가 시료의 상단에 도달하면 테스트를 종료합니다.

Washburn 방정식을 사용하여 흡수 곡선의 선형 구간을 피팅합니다. 그리고 전진 접촉각을 0도로 설정하여 기하학적 상수를 결정합니다. 텐시오미터에서 샘플 홀더와 hexane 용기를 제거합니다.

시료 홀더를 열고 직물 시료를 제거합니다. 그런 다음, 시료 홀더를 sulfochromic acid에 30초 동안 담급니다. 시료 홀더를 증류수로 헹구고 압축 공기 흐름 아래에서 건조시킵니다.

거름종이로 감싼 동일한 롤 형태의 원단 시료를 준비합니다. 이를 깨끗하고 건조한 시료 홀더에 넣고 전진 접촉각 측정을 준비합니다. 시료 홀더를 닫습니다.

물 12 mm 깊이로 채운 70 mm 너비의 붕규산 유리 용기를 텐시오미터(tensiometer)에 넣습니다. 그리고 텐시오미터의 샘플 홀더를 고정합니다. 텐시오미터 매개변수를 설정하고 흡수 테스트(sicking test)를 수행합니다.

이전에 계산한 기하학적 인자를 사용하여 Washburn 방정식에 흡입 곡선을 맞춥니다. 그리고 전진 접촉각을 결정합니다. 샘플 홀더를 분리하고 설포크롬산과 증류수로 세척합니다.

압축 공기로 홀더를 건조합니다. 샘플 홀더와 여과지에서 기인하는 액체 무게의 영향을 평가하기 위해 대조군으로 여과지 한 조각을 샘플 홀더에 넣습니다. 텐시오미터 내의 헥산 용기에 샘플 홀더를 고정합니다.

흡수 테스트를 수행하고 Washburn 방정식에 맞춰 곡선을 피팅합니다. 이전 헥산 테스트 값에서 질량 증가량의 제곱을 뺍니다. 거름종이와 샘플 홀더의 액체 흡수로 인한 질량 증가분만큼 기하학적 상수를 보정합니다.

시료 홀더를 세척하고 새로운 여과지 조각을 삽입합니다. 텐시오미터(tensiometer) 내의 물 용기에 시료 홀더를 넣습니다. 흡수 테스트(sicking test)를 수행하고 Washburn 방정식에 맞춰 곡선을 피팅합니다.

이전 수분 테스트 값에서 질량 증가량의 제곱값을 뺀 후, 전진 접촉각을 보정합니다. 탄소 직물은 이 절차를 통해 평가되었습니다. 헥산과 물 테스트 모두에서 흡수 곡선은 선형으로 나타납니다.

겉보기 전진 접촉각과 기하학적 요인으로부터 결정된 값들을 사용하여 모세관 압력을 결정할 수 있습니다. 처리된 아마 천과 처리되지 않은 아마 천을 헥산으로 평가했을 때, 두 천 모두 흡수(sicking)에서 선형적인 경향을 보였습니다. 하지만 물로 평가했을 때, 처리되지 않은 아마 샘플은 선형적인 경향을 따르지 않아 전진 접촉각을 결정할 수 없었습니다.

이러한 차이는 식킹(sicking) 과정 동안 처리되지 않은 섬유가 팽윤되어 최종 평형 중량과 식킹 속도에 영향을 미쳤기 때문인 것으로 분석되었습니다. 팽윤을 고려하여 수정된 Washburn 식을 사용하여 처리되지 않은 아마(flax)의 모세관 압력을 결정하였습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 액상 복합재 성형 공정으로 제조된 복합재 부품에서 보이드(void) 형성이나 드라이 스팟(dry-spot) 발생을 방지하기 위해 모세관 압력을 추정하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

이 기술을 숙달하면 적절하게 수행했을 때 30분 이내에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도할 때는 섬유 방향에 주의를 기울이는 것이 중요합니다. 이 절차를 마친 후, 직물 보강재의 자가영양성 간의 상호작용 및 모세관 효과의 자가영양성과 같은 추가적인 질문에 답하기 위해 다른 섬유 방향으로 테스트를 수행할 수 있습니다.

이러한 발전 이후, 이 기술은 하이브리드 복합재의 모세관 압력 도약을 탐구하기 위한 모세관 효과 특성 분석 분야 연구의 기반을 마련하였습니다. 설포크로믹산(sulfochromic acid)을 사용하는 작업은 매우 위험할 수 있다는 점에 유의하십시오. 또한, 이 절차를 수행하는 동안에는 적절한 환기, 장갑 및 보안경 착용과 같은 예방 조치를 항상 취해야 합니다.