Eksperymentalne wdrożenie nowej metody wytwarzania kompozytów: naświetlanie gołych włókien na powierzchni kompozytu metodą miękkiej warstwy

Summary

Przedstawiono protokół odsłaniania gołych włókien na powierzchni kompozytu poprzez eliminację obszaru bogatego w żywicę. Włókna są odsłaniane podczas wytwarzania kompozytów, a nie przez obróbkę powierzchni. Odsłonięte kompozyty węglowe charakteryzują się wysoką przewodnością elektryczną w kierunku przekroju i grubością oraz wysokimi właściwościami mechanicznymi.

Abstract

Płyta bipolarna jest kluczowym elementem ogniw paliwowych z membraną do wymiany protonów (PEMFC) i wanadowych baterii przepływowych redoks (VRFB). Jest to wielofunkcyjny element, który powinien charakteryzować się wysoką przewodnością elektryczną, wysokimi właściwościami mechanicznymi i wysoką wydajnością.

Pod tym względem, kompozyt z włókna węglowego i żywicy epoksydowej może być idealnym materiałem do zastąpienia konwencjonalnej grafitowej płyty dwubiegunowej, co często prowadzi do katastrofalnej awarii całego systemu ze względu na jego wrodzoną kruchość. Chociaż kompozyt węglowo-epoksydowy ma wysokie właściwości mechaniczne i jest łatwy w produkcji, przewodność elektryczna w kierunku grubości jest słaba ze względu na bogatą w żywicę warstwę, która tworzy się na jego powierzchni. W związku z tym zastosowano ekspandowaną powłokę grafitową, aby rozwiązać problem przewodności elektrycznej. Jednak spieniona powłoka grafitowa nie tylko zwiększa koszty produkcji, ale także ma słabe właściwości mechaniczne.

W tym badaniu zademonstrowano metodę naświetlania włókien na powierzchni kompozytu. Obecnie istnieje wiele metod, które mogą odsłonić włókna poprzez obróbkę powierzchni po wytworzeniu kompozytu. Ta nowa metoda nie wymaga jednak obróbki powierzchniowej, ponieważ włókna są odsłonięte podczas produkcji kompozytu. Dzięki odsłonięciu gołych włókien węglowych na powierzchni, przewodność elektryczna i wytrzymałość mechaniczna kompozytu są drastycznie zwiększone.

Introduction

Płyta dwubiegunowa jest wielofunkcyjnym kluczowym elementem systemów konwersji energii i systemów magazynowania energii, takich jak ogniwa paliwowe i baterie. Kluczowe wymagania funkcjonalne płyty bipolarnej są następujące: wysoka przewodność elektryczna w kierunku grubości przelotowej w celu zmniejszenia strat omowych, wysokie właściwości mechaniczne wytrzymujące wysokie ciśnienie zagęszczania i uderzenia zewnętrzne oraz wysoka wydajność przy produkcji masowej.

W porównaniu z grafitem i metalami, które były tradycyjnie stosowane jako materiały na płytę bipolarną, kompozyty z włókna węglowego/epoksydu mają wyższą wytrzymałość właściwą i szt....

Protocol

1. Przygotowanie materiału

1. Przygotowanie materiału kompozytowego
   UWAGA: UWAGA, Przed użyciem należy zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS). Niektóre substancje chemiczne stosowane w tych metodach mogą być toksyczne i rakotwórcze. Nanomateriały mogą wiązać się z dodatkowymi zagrożeniami w porównaniu z ich masowymi odpowiednikami. Podczas przeprowadzania eksperymentu należy stosować wszystkie odpowiednie zasady bezpieczeństwa, w tym używać kontroli inżynieryjnej (dygestoria, schowek na rękawiczki) i środków ochrony osobistej (okulary ochronne, rękawice, fartuch laboratoryjny, d....

Results

Sfabrykowane próbki są obserwowane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) (Rysunek 1). Ponieważ bogata w żywicę warstwa, która pokrywa wierzchołek włókien, ma grubość zaledwie kilku mikrometrów, optyczny obraz mikroskopowy obserwowany na górze próbki nie jest odpowiedni. Obraz SEM obserwowany poprzez przechylenie próbki o 5° zapewnia bardziej reprezentatywny obraz. W porównaniu z kompozytami wytwarzanymi metodą konwencjonalnego formowania tłocznego, który.......

Discussion

Metoda miękkiej warstwy zapewnia znaczne korzyści w porównaniu z metodami konwencjonalnymi oraz przy niższych kosztach produkcji. Wszystkie trzy rodzaje kompozytów wytwarzanych metodą miękkiej warstwy wykazują unikalne cechy w zakresie właściwości elektrycznych, właściwości mechanicznych, przepuszczalności gazów i przyczepności.

Do pomiaru właściwości elektrycznych zastosowano metodę sondy czteropunktowej. ASR zmierzono 5 razy, a średnią wartość przyjęto jako wartość reprezentatywną dla tej dw.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Jednokierunkowy prepreg węglowy/epoksydowy	SK Chemicals	USN020	Używany do wytwarzania jednokierunkowego kompozytu węglowego
Tkanina węglowa o splocie płóciennym / prepreg epoksydowy	SK Chemicals	WSN 1k	Używany do wytwarzania tkaniny kompozytu węglowego
Tkanina węglowa o splocie płóciennym	SK Chemicals	C-112	Używany do wytwarzania tkaniny kompozytu węglowego
Włóknina filcowa	węglowa Newell	Filc grafitowy 3 mm	Służy do wytwarzania filcu kompozytowego
Żywica epoksydowa typu foliowego	SK Chemicals	K51	Używany jako matryca kompozytu
Aceton 99,5%	Samchun	67-64-1	Używany do czyszczenia włókna węglowego i miękkich warstw
Uwalnianie formy	ShinEtsu	KF-96	Służy do powlekania formy
Folia antyadhezyjna	Airtech	A4000V	Używany jako miękka warstwa
Forma kompresyjna	N / A	N / A Obrabiana	w laboratorium. Materiał: NAK80
Prasa na gorąco	Hydrotek 100	N/A	Służy do wywierania ciśnienia i ciepła
Skaningowy mikroskop elektronowy	FEI Compnay	Magellan 400	Służy do badania powierzchni kompozytu