Name: Eksperymentalne wdrożenie nowej metody wytwarzania kompozytów: naświetlanie gołych włókien na powierzchni kompozytu metodą miękkiej warstwy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-06T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 26 s
Description: Poznaj metodę miękkiej warstwy do wytwarzania kompozytów z włóknami węglowymi na powierzchni bez obróbki powierzchniowej. Technika ta poprawia przewodność elektryczną i właściwości mechaniczne materiału.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Te badania były wspierane przez Centrum Badań nad Zmianami Klimatu KAIST (grant nr N11160012), Program Rekrutacyjny Wiodących Zagranicznych Instytutów Badawczych za pośrednictwem Narodowej Fundacji Badawczej Korei finansowany przez Ministerstwo Nauki, ICT i Planowania Przyszłości (grant nr 2011-0030065), Wiodący Program Szkolenia Zasobów Ludzkich Regionalnego Przemysłu Cybernetycznego przez Narodową Fundację Badawczą Korei (NRF) finansowany przez Ministerstwo Nauki, Technologie informacyjno-komunikacyjne i planowanie przestrzenne (grant nr NRF-2016H1D5A1910603). Ich wsparcie jest bardzo cenne.

1. Przygotowanie materiału
<ol>
	<li>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, długie spodnie, buty z zakrytymi palcami). 
	UWAGA: W zależności od zastosowania, rodzaj włókna wzmacniającego może być jednym lub kombinacją następujących: włókno jednokierunkowe, tkanina, filcowina, włókno cięte.
	<ol>
		<li>Jednokierunkowy typ światłowodu
		<ol>
			<li>Używaj wstępnie impregnowanego materiału kompozytowego (prepregu), ponieważ jest on najwygodniejszy w użyciu.</li>
			<li>Ułóż prepreg w kolejności układania zawierającej zarówno 0 °, jak i 90 °, aby uniknąć rozszczepienia. Na przykład ułóż w [03/903]s.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Rodzaj tkaniny
		<ol>
			<li>Przygotuj tkaną tkaninę węglową i żywicę epoksydową typu foliowego. Jeśli używasz prepregu, pomiń kroki od 1.1.2.1 do 1.1.2.6.</li>
			<li>Oczyść tkaninę 99,5% acetonem lub innym rozpuszczalnikiem do odtłuszczenia. Zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się z tkaniną po czyszczeniu, aby uniknąć zanieczyszczenia. Umieść tkaninę na czystej powierzchni lub niestrzępiącej się chusteczce.</li>
			<li>Usunąć rozpuszczalnik przez suszenie w warunkach otoczenia przez 10 minut.</li>
			<li>Zdejmij folię zapasową z żywicy epoksydowej i przymocuj 1 warstwę żywicy epoksydowej typu folia do 1 warstwy tkaniny węglowej.</li>
			<li>Umieść tkaninę węglową z dodatkiem żywicy epoksydowej na płycie grzejnej, która jest wstępnie podgrzana do 70 °C przez 10 sekund w celu wstępnej impregnacji.</li>
			<li>Schłodzić przygotowany prepreg w warunkach otoczenia przez 10 minut i odkleić drugą folię zapasową.</li>
			<li>Ułóż tkaninę w żądanej kolejności układania, na przykład ułóż w [0]3.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Filc flizelinowy
		<ol>
			<li>Przygotuj filc z włókniny.</li>
			<li>Oczyść filc 99,5% acetonem lub innym rozpuszczalnikiem do odtłuszczania. Zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się z filcem po oczyszczeniu, aby uniknąć zanieczyszczenia. Umieść filc na czystej powierzchni lub niestrzępiącej się chusteczce.</li>
			<li>Zdejmij folię zapasową z żywicy epoksydowej i przymocuj 3 warstwy żywicy epoksydowej typu foliowego do 1 warstwy filcu węglowego z każdej strony.</li>
			<li>Umieść filc węglowy z żywicą epoksydową na płycie grzejnej, która jest wstępnie podgrzana do 70 °C przez 10 sekund w celu wstępnej impregnacji.</li>
			<li>Schłodzić przygotowany prepreg w temperaturze otoczenia przez 10 minut i zdjąć drugą folię zapasową.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie warstwy miękkiej 
	UWAGA: W przypadku warstwy miękkiej można użyć fluoropolimeru, takiego jak politetrafluoroetylen (PTFE) lub fluorowany etylen propylen (FEP), poliolefinę, taką jak polietylen lub polipropylen, lub kauczuk syntetyczny, taki jak kauczuk silikonowy lub fluoroelastomer. W tym protokole przyjmuje się folię FEP, a jej granica plastyczności drastycznie spada powyżej 120 °C. FEP o grubości 25 μm jest odpowiedni dla jednokierunkowych kompozytów z włókien i włóknin filcowych, podczas gdy grubszy FEP o grubości 100 μm jest odpowiedni dla kompozytów typu tkanina<klasa sup = "xref">10.
	<ol>
		<li>Oczyść miękką warstwę 99,5% acetonem. Obchodź się ostrożnie, aby uniknąć zmarszczek i dziurek.</li>
		<li>Zetrzyj aceton z miękkiej warstwy niestrzępiącymi się chusteczkami. Upewnij się, że na miękkiej warstwie nie ma zanieczyszczeń, ponieważ zostaną one przeniesione na kompozyt podczas procesu utwardzania. Zawsze trzymaj miękką warstwę z dala od kurzu i małych cząstek, ponieważ mogą one uszkodzić nie tylko kompozyt, ale także formę kompresyjną.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Produkcja kompozytów
<ol>
	<li>Montaż formy tłocznej
	<ol>
		<li>Przygotować formę tłoczną z wnęką o wielkości 120 mm × 120 mm.</li>
		<li>Zastosuj zwalniacz formy do formy zaciskowej. Po prostu wklej lub spryskaj środek do usuwania pleśni do formy i przetrzyj niestrzępiącymi się chusteczkami, aż pozostanie tylko cienka warstwa środka do usuwania pleśni.</li>
		<li>Przycięty przygotowany laminat kompozytowy na rozmiar 118 mm × 118 mm.</li>
		<li>Umieść 1 warstwę folii FEP o grubości 25 μm na dolnej formie.</li>
		<li>Umieść laminat kompozytowy na folii FEP i umieść kolejną folię FEP na laminacie.</li>
		<li>Spłaszcz miękką warstwę i usuń pęcherzyki powietrza, które są uwięzione między miękką warstwą a laminatem kompozytowym.</li>
		<li>Zamknij formę do formowania tłocznego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Formowanie tłoczne
	<ol>
		<li>Podgrzej gorącą prasę do 150 °C. 
		UWAGA: W tym stanie temperatura próbki wewnątrz formy wynosi 140 °C. Zastosowanie niższej temperatury jest również możliwe, jeśli do warstwy miękkiej zostanie przyjęty elastomer lub poliolefina. Aby określić temperaturę utwardzania, należy wziąć pod uwagę zarówno temperaturę utwardzania kompozytu, jak i temperaturę miękkości miękkiej warstwy.</li>
		<li>Umieść formę w gorącej prasie.</li>
		<li>Wywierać nacisk za pomocą gorącej prasy; harmonogram utwardzania i ciśnienie zależą od rodzaju kompozytu.
		<ol>
			<li>W przypadku jednokierunkowego kompozytu włóknistego należy stosować stałe ciśnienie 20 MPa przez 30 minut; nie jest wymagany żaden dodatkowy proces.</li>
			<li>W przypadku kompozytu typu tkanina należy zastosować 20 MPa. Po 4 minutach i 8 minutach zwolnić przyłożone ciśnienie do zera i natychmiast ponownie zastosować 20 MPa. 
			UWAGA: Ten proces nazywa się oczyszczaniem, a jego celem jest usunięcie nadmiaru żywicy i uwięzionych pęcherzyków powietrza. Liczba etapów przedmuchiwania może być zwiększona w zależności od wielkości kompozytu; Kompozyty o większych rozmiarach wymagają większego oczyszczania.
			<ol>
				<li>Jednak gdy lepkość żywicy zacznie rosnąć, nie należy jej przedmuchiwać. Utwardzać w sumie przez 30 minut.</li>
			</ol>
			</li>
			<li>W przypadku kompozytu z włókniny filcowej należy stosować 3 MPa przez 30 min. Należy uważać na przeregulowanie ciśnienia, które spowoduje puste przestrzenie i wady produktu końcowego. Powoli zwiększaj ciśnienie, aby uniknąć przeregulowania ciśnienia.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Schłodzić formę tłoczną w gorącej prasie, nie zwalniając ciśnienia poniżej 120 °C, co jest temperaturą zeszklenia wytwarzanego kompozytu.</li>
		<li>Zwolnij ciśnienie i wyjmij formę tłoczną z gorącej prasy.</li>
		<li>Wyjmij produkt końcowy z formy tłocznej.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Hwang, I. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775308012391">Bipolar plate made of carbon fiber epoxy composite for polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 184 (1), 90-94 (2008).</li>
<li>Avasarala, B., Haldar, P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877530802185X">Effect of surface roughness of composite bipolar plates on the contact resistance of a proton exchange membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 188 (1), 225-229 (2009).</li>
<li>Yu, H. N., Lim, J. W., Kim, M. K., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822311004922">Plasma treatment of the carbon fiber bipolar plate for PEM fuel cell.</a> Compos Struct. 94 (5), 1911-1918 (2012).</li>
<li>Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319912013390">Development of composite-metal hybrid bipolar plates for PEM fuel cells.</a> Int J Hydrogen Energy. 37 (17), (2012).</li>
<li>Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775309017054">Electromagnetic-carbon surface treatment of composite bipolar plate for high-efficiency polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 195 (6), 1577-1582 (2010).</li>
<li>Kim, B. G., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+single-type+aluminum%2Fcomposite+hybrid+bipolar+plate+with+surface+modification+for+high+efficiency+PEMFC%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">A single-type aluminum/composite hybrid bipolar plate with surface modification for high efficiency PEMFC.</a> Int J Hydrogen Energy. 36 (4), 3087-3095 (2011).</li>
<li>Yu, H. N., Lim, J. W., Suh, J. D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775311015230">A graphite-coated carbon fiber epoxy composite bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 196 (23), 9868-9875 (2011).</li>
<li>Kim, K. H., Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822313005825">Development of carbon composite bipolar plate (BP) for vanadium redox flow battery (VRFB).</a> Compos Struct. 109, 253-259 (2014).</li>
<li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822315002469">Gasket-integrated carbon/silicone elastomer composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 128, 284-290 (2015).</li>
<li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822315011563">Electro-mechanical properties of the carbon fabric composites with fibers exposed on the surface.</a> Compos Struct. 140, 77-83 (2016).</li>
<li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822315007321">Method for exposing carbon fibers on composite bipolar plates.</a> Compos Struct. 134, 1-9 (2015).</li>
<li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775316309119">Carbon composite bipolar plate for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs).</a> J Power Sources. 327, 119-126 (2016).</li>
<li>Lee, D., Choe, J., Nam, S., Lim, J. W., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822316322590">Development of non-woven carbon felt composite bipolar plates using the soft layer method.</a> Compos struct. 160, 976-982 (2016).</li>
<li>Lee, D., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822317301769">Cathode/anode integrated composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 167, 144-151 (2017).</li>
<li>Lee, D., Oh, Y., Nam, S., Choe, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026382231632685X">Adhesion Characteristics of Fiber-exposed Glass Composites.</a> Compos Struct. 165, 9-14 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

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 sztywność, co wskazuje, że waga systemu może być znacznie zmniejszona poprzez zastąpienie konwencjonalnych materiałów płyt bipolarnych kompozytami1. Jednak konwencjonalne kompozyty węglowo-epoksydowe mają słabą przewodność elektryczną w kierunku grubości, co skutkuje dużą powierzchniową rezystancją właściwą (ASR), ze względu na bogatą w żywicę warstwę, która tworzy się na powierzchni kompozytu. Warstwa izolacyjna bogata w żywicę zapobiega bezpośredniemu kontaktowi przewodzących włókien węglowych z sąsiednimi elementami, takimi jak inna płyta bipolarna, warstwa dyfuzyjna gazu (GDL) i elektroda filcowa węglowa (CFE). 
Przeprowadzono wiele badań, aby rozwiązać problem wysokiego ASR spowodowanego warstwą bogatą w żywicę. Pierwszym podejściem były metody obróbki powierzchniowej polegające na selektywnym usuwaniu warstwy bogatej w żywicę. Na przykład, próbowano użyć mechanicznego ścierania, aby usunąć żywicę z powierzchni2. Jednak włókna węglowe również zostały uszkodzone, co skutkowało słabym ASR. Obróbka plazmowa3,4 oraz metody obróbki mikrofalowej5,6 zostały również opracowane w celu uniknięcia uszkodzenia włókien, ale skutkowały niską wydajnością i jednorodnością. Drugie podejście, metody powlekania warstwą przewodzącą, obejmuje ekspandowaną powłokę grafitową7,8. Metoda ta skutecznie zredukowała ASR i została uznana za standardową metodę wytwarzania kompozytowej płytki bipolarnej. Jest jednak kosztowny i ma problemy z trwałością i rozwarstwieniem ze względu na niską wytrzymałość mechaniczną.
W tym badaniu zademonstrowano "metodę miękkiej warstwy", nowatorską metodę produkcji, która może odsłonić włókna węglowe na powierzchni kompozytowej płyty bipolarnej. Głównym celem tej metody jest uzyskanie niskiego ASR przy niskich kosztach wytworzenia. Metoda miękkiej warstwy przyjmuje cienką miękką warstwę, taką jak polimerowa folia rozdzielająca między formą kompresyjną a płytą bipolarną. Po utwardzeniu w formie kompresyjnej i oderwaniu miękkiej warstwy, wyprodukowana płyta bipolarna wyświetla włókna węglowe odsłonięte na powierzchni bez żadnej obróbki powierzchniowej. Metoda ta nie tylko zmniejszyła ASR, ale także znacznie zwiększyła właściwości mechaniczne i rozwiązała problem przepuszczalności gazów. Metoda ta może być stosowana do wielu innych celów: opracowania płyty przewodzącej prąd elektryczny, produkcji cienkiego kompozytu oraz wykonania połączenia klejowego bez obróbki powierzchniowej.

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

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

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

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.

Wykonane próbki obserwuje się za pomocą mikroskopii elektronowej skaningowej (SEM) (Rysunek 1). Ponieważ warstwa bogata w żywicę, która pokrywa wierzchołek włókien, ma grubość zaledwie kilku mikrometrów, obraz uzyskany w mikroskopie optycznym z góry próbki nie jest odpowiedni. Obraz z mikroskopu elektronowego skaningowego, uzyskany poprzez przechylenie próbki o 5°, daje bardziej reprezentatywny obraz. W porównaniu do kompozytów wykonanych tradycyjną metodą fo...

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.

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

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie kompozytu zbrojonego włóknami z odsłoniętymi włóknami na powierzchni, bez stosowania jakiejkolwiek obróbki powierzchniowej. Technika ta pozwala na odsłonięcie gołych włókien na powierzchni kompozytu bez konieczności wykorzystania kosztownych i nieefektywnych metod modyfikacji powierzchni. Główną zaletą tej techniki jest poprawa przewodnictwa elektrycznego oraz wytrzymałości mechanicznej kompozytu.Technika ta charakteryzuje się również wysoką wydajnością. Aby przygotować jednokierunkową tkaninę z włókna węglowego, preimpregnowaną żywicą epoksydową, należy układać kwadraty prepregu o ułamkowej zawartości włókien od 50 do 60% w sekwencji obejmującej orientacje pod kątem 0 stopni i 90 stopni, aby zapobiec rozwarstwianiu laminatu. Aby przygotować każdy kwadrat prepregu z tkaniny węglowej o splotcie płóciennym, należy najpierw oczyścić tkaninę acetonem lub etanolem.Umieść tkaninę na czystej powierzchni lub na beztkaninowej chusteczce laboratoryjnej i pozwól acetonowi odparować w warunkach otoczenia. Oderwij jedną z warstw ochronnych arkusza żywicy epoksydowej w formie folii o temperaturze utwardzania 125 °C. Nałóż pojedynczy arkusz folii z żywicą epoksydową na czystą tkaninę węglową.Umieść tkaninę stroną z żywicą epoksydową skierowaną w dół na płycie grzejnej ustawionej na 70 °C. Podgrzewaj tkaninę przez 10 sekund, aby wstępnie nasycić ją żywicą. Pozostaw tkaninę prepreg do ochłodzenia w warunkach otoczenia przez 10 minut.Następnie usuń pozostałą folię ochronną ze strony pokrytej żywicą epoksydową. Ułóż tkaninę prepreg o splotcie płóciennym w pożądanej kolejności warstw, aby utworzyć laminat z tkaniny węglowej o splocie płóciennym. Aby przygotować laminat z nieutkanego filcu węglowego, nałóż trójwarstwowy arkusz epoksydowy na każdą stronę kawałka czystego, suchego filcu węglowego.Podgrzewaj pokryte epoksydem boki filcu w temperaturze 70 °C przez 10 sekund każdy, przykładając masę na górze. Pozostaw filc typu prepreg do ostygnięcia na 10 minut, a następnie odklej pozostałe arkusze podkładowe. Następnie przemyj arkusze nieperforowanej folii odlepnej z fluorowanego etylenu propylenu o grubości 25 µm etanolem lub acetonem.Ostrożnie osusz arkusze FEP za pomocą bezpyłowych chusteczek, unikając powstawania zagnieceń lub mikrootworów. Upewnij się, że arkusze są wolne od zanieczyszczeń i cząstek stałych. Następnie umieść każdy czysty i suchy arkusz pomiędzy bezpyłowymi chusteczkami i przechowuj je w czystym, plastikowym etui chroniącym przed kurzem.Aby rozpocząć wytwarzanie kompozytu, należy nałożyć środki rozdzielające do form silikonowych na formę kompresyjną. Przetrzeć formę ściereczkami bezpyłowymi, tak aby pozostawić jedynie cienką warstwę środka rozdzielającego. Następnie przyciąć kawałek przygotowanego laminatu z włókna węglowego tak, aby był nieco mniejszy niż wnęka formy.Umieść arkusz czystej folii FEP o grubości 25 µm na dolnej formie. Połóż laminat na formie i przykryj go folią FEP o grubości 25 lub 100 µm, w zależności od rodzaju włókna. Ostrożnie wygładź folię tak, aby między miękką warstwą a laminatem nie pozostały pęcherzyki powietrza.Następnie zamknij formę kompresyjną. Rozgrzej prasę termiczną do 150 °C i umieść w niej formę kompresyjną. W przypadku kompozytu z włóknami jednokierunkowymi stosuj stały nacisk 20 MPa przez 30 minut.W przypadku kompozytu tkanego przyłóż ciśnienie 20 megapascals przez cztery minuty, zwolnij nacisk i natychmiast ponownie przyłóż 20 megapascals. Powtarzaj tę czynność w celu odpowietrzenia materiału, aż lepkość żywicy zacznie wzrastać. Następnie utrzymuj ciśnienie na poziomie 20 megapascals, aż kompozyt będzie utwardzał się łącznie przez 30 minut.W przypadku kompozytu filcowego powoli zwiększaj ciśnienie do 3 MPa, uważając, aby go nie przekroczyć. Utwardzaj materiał pod ciśnieniem 3 MPa przez 30 minut. Po utwardzeniu próbki, bez zwalniania nacisku, ochłodź formę kompresyjną do temperatury poniżej 120 °C.Następnie zwolnić nacisk, wyjąć formę i wybić wykonany egzemplarz. Obrazy z pomiarów za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, wykonane pod kątem pięciu stopni, wykazały, że włókna były widoczne w większych szczegółach w kompozytach wykonanych metodą warstwy miękkiej niż w przypadku konwencjonalnego prasowania. Przypisano to eliminacji warstwy bogatej w żywicę na powierzchni kompozytu.Mimo usunięcia warstwy żywicy epoksydowej, włókna nie wykazały widocznych defektów. Przewodność elektryczna w kierunku grubości była większa w kompozytach wykonanych metodą miękkiej warstwy, z odpowiadającym temu spadkiem rezystancji powierzchniowej poniżej 20 milliohms per square centimeter przy ciśnieniu zagęszczania wynoszącym 1,38 megapascals. Zmierzona wytrzymałość na rozciąganie kompozytów z miękką warstwą była porównywalna z wytrzymałością tych wykonanych konwencjonalną metodą prasowania.Kompozyty z tkaniny tkanej i filcu wykazały wzrosty odpowiednio o 22% i 15%. Wzrosty te przypisano miękkiej warstwie wywierającej równomierny nacisk na powierzchnię kompozytu. Postępując zgodnie z tą procedurą, będą Państwo w stanie bez trudności wykonać kompozyt z odsłoniętymi włóknami.Mechanizm jest prosty. A przy dobrej znajomości materiału wdrożenie jest jeszcze prostsze. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o jej doprecyzowaniu, aby dostosować ją do konkretnego zastosowania.Należy uwzględnić warunki utwardzania kompozytu oraz właściwości termiczne miękkiej warstwy i odpowiednio dostosować procedurę, aby uzyskać pożądane wyniki.

experimental-implementation-new-composite-fabrication-method-exposing

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Metamateriały w częstotliwościach terahercowych oferują unikalne możliwości, jednak ich wytwarzanie w skali masowej jest trudne. Adaptujemy procedurę wytwarzania mikrostrukturalnych polimerowych światłowodów, aby tanio produkować metamateriały potencjalnie na skalę przemysłową. Wytwarzamy włókna z polimetakrylanu metylu zawierające druty indu o średnicy ~10 μm oddalone od siebie o ~100 μm, które wykazują terahercową odpowiedź plazmonową.

Wytwarzanie metamateriałów przy użyciu metody wyciągania włókien

Dwa sąsiadujące ze sobą płyny przechodzące przez rowkowany kanał mikroprzepływowy mogą być skierowane tak, aby tworzyły osłonę wokół rdzenia prepolimerowego; określając w ten sposób zarówno kształt, jak i przekrój. Polimeryzacja inicjowana foto, taka jak chemia tiolowa, doskonale nadaje się do szybkiego zestalania płynu rdzeniowego w mikrofibrę o określonym rozmiarze i kształcie.

Mikroprzepływowa produkcja włókien polimerowych i biohybrydowych o wstępnie zaprojektowanym rozmiarze i kształcie

Trójwymiarowe (3D) mikrostrukturalne wiązki kompozytowe są wytwarzane poprzez ukierunkowaną i zlokalizowaną infiltrację nanokompozytów do porowatych sieci mikroprzepływowych 3D. Elastyczność tej metody produkcji umożliwia wykorzystanie różnych materiałów termoutwardzalnych i nanowypełniaczy w celu uzyskania różnorodnych funkcjonalnych makroskopowych produktów nanokompozytowych wzmocnionych 3D.

Wytwarzanie trójwymiarowych mikrostrukturalnych nanokompozytów metodą infiltracji mikroprzepływowej

Integracja przewodzących nanocząstek, takich jak nanopłytki grafenu, z materiałami kompozytowymi z włókna szklanego tworzy wewnętrzną sieć elektryczną podatną na obciążenia. W tym miejscu proponuje się różne metody otrzymywania czujników tensometrycznych oparte na dodaniu nanopłytek grafenu do matrycy epoksydowej lub jako powłoki na tkaninach szklanych.

Wykrywanie odkształceń oparte na wieloskalowych materiałach kompozytowych wzmocnionych nanopłytkami grafenu

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D na włóknach krzemionkowych o średnicy podfalowej (nanowłókna optyczne) za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym.

Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

Ten protokół opisuje strategię produkcji opartą na rozwiązaniach dla wysokowydajnych, elastycznych, przezroczystych elektrod z w pełni wbudowaną, grubą metalową siatką. Elastyczne przezroczyste elektrody wytwarzane w tym procesie wykazują jedne z najwyższych zgłoszonych parametrów, w tym bardzo niską rezystancję arkusza, wysoką przepuszczalność optyczną, stabilność mechaniczną przy zginaniu, silną przyczepność podłoża, gładkość powierzchni i stabilność środowiskową.

Skalowalna strategia produkcji oparta na roztworze dla wysokowydajnych, elastycznych i przezroczystych elektrod z wbudowaną metalową siatką

Prezentujemy nowatorską, opartą na mikroprzepływach metodę syntezy kowalencyjnych struktur organicznych (COF). Pokazujemy, w jaki sposób to podejście można wykorzystać do produkcji ciągłych włókien COF, a także struktur 2D lub 3D COF na powierzchniach.

Synteza kowalencyjnych struktur organicznych (COF) oparta na mikroprzepływach: narzędzie do ciągłej produkcji włókien COF i bezpośredniego drukowania na powierzchni

Opisana jest nowa technika wywierania nacisku konsolidacyjnego na układ worka próżniowego w celu wytworzenia laminatów kompozytowych. Celem tego protokołu jest opracowanie prostej, opłacalnej techniki poprawy jakości laminatów wytwarzanych metodą worków próżniowych do układania na mokro.

Produkcja kompozytów wspomagana magnesami: nowa, elastyczna technika osiągania wysokiego ciśnienia konsolidacji w procesach próżniowego workowania/układania

Przedstawiono protokół wytwarzania i optycznej charakterystyki metapowierzchni dielektrycznych. Metoda ta może być stosowana nie tylko do wytwarzania rozdzielaczy wiązki, ale także ogólnych metapowierzchni dielektrycznych, takich jak soczewki, hologramy i peleryny optyczne.

Demonstracja generowania wiązki o jednakowej intensywności za pomocą metapowierzchni dielektrycznych

Delitynizowane zagęszczone drewno stanowi nowy, obiecujący, lekki, wysokowydajny i pochodzenia biologicznego materiał o dużym potencjale, aby w przyszłości częściowo zastąpić kompozyty wzmocnione włóknem naturalnym lub włóknem szklanym. Przedstawiamy tutaj dwie wszechstronne ścieżki produkcji i pokazujemy możliwość tworzenia złożonych części kompozytowych.

Wytwarzanie i projektowanie wysokowydajnych kompozytów drewnopochodnych

Ten artykuł opisuje proces produkcji laminatów kompozytowych z matrycą polimerową wzmocnioną włóknami, uzyskanych metodą mokrego ręcznego układania/worka próżniowego.

Pomiar właściwości mechanicznych polimerowych laminatów kompozytowych wzmocnionych włóknem szklanym otrzymanych w różnych procesach produkcyjnych

Poznaj metodę miękkiej warstwy do wytwarzania kompozytów z włóknami węglowymi na powierzchni bez obróbki powierzchniowej. Technika ta poprawia przewodność elektryczną i właściwości mechaniczne materiału.

Eksperymentalne wdrożenie nowej metody wytwarzania kompozytów: naświetlanie gołych włókien na powierzchni kompozytu metodą miękkiej warstwy (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów