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

Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie kompozytu wzmocnionego włóknami z gołymi włóknami odsłoniętymi na powierzchni bez żadnej obróbki powierzchniowej. Ta technika może odsłonić gołe włókna na powierzchni kompozytowej bez użycia drogich i nieefektywnych zabiegów powierzchniowych. Główną zaletą tej techniki jest to, że poprawia ona przewodność elektryczną i wytrzymałość mechaniczną kompozytu.

Ta technika ma również wysoką wydajność. Aby przygotować jednokierunkową tkaninę z włókna węglowego, wstępnie impregnowaną żywicą epoksydową, ułóż kwadraty prepregu o udziale objętościowym włókien od 50 do 60% w sekwencji obejmującej orientacje zero stopni i 90 stopni, aby uniknąć pękania laminatu. Aby przygotować każdy kwadrat tkaniny z włókna węglowego o splocie płóciennym, najpierw oczyść tkaninę acetonem lub etanolem.

Umieść tkaninę na czystej powierzchni lub na niestrzępiącej się chusteczce laboratoryjnej i pozwól acetonowi odparować w warunkach otoczenia. Oderwij jeden podkład z arkusza foliowej żywicy epoksydowej o temperaturze utwardzania 125 stopni Celsjusza. Nałóż pojedynczy arkusz folii z żywicy epoksydowej na czystą tkaninę węglową.

Połóż tkaninę stroną epoksydową do dołu na płycie grzejnej w temperaturze 70 stopni Celsjusza. Podgrzej tkaninę przez 10 sekund, aby wstępnie zaimpregnować tkaninę żywicą epoksydową. Pozostaw tkaninę prepregu do ostygnięcia w warunkach otoczenia przez 10 minut.

Następnie usuń pozostały arkusz podkładowy ze strony pokrytej żywicą epoksydową. Ułóż tkaninę prepregową o splocie płóciennym w żądanej kolejności układania, aby utworzyć laminat z włókna węglowego o splocie płóciennym. Aby przygotować laminat z włókniny filcowej z włókna węglowego, nałóż trójwarstwowy arkusz epoksydowy z każdej strony kawałka czystego, suchego filcu węglowego.

Podgrzej pokryte żywicą epoksydową boki filcu w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez 10 sekund każda, nakładając masę na wierzch. Pozwól filcowi prepreg ostygnąć przez 10 minut, a następnie oderwij pozostałe arkusze podkładowe. Następnie umyj arkusze z nieperforowanej, fluorowanej folii antyetylenowo-propylenowej o grubości 25 mikrometrów etanolem lub acetonem.

Ostrożnie osusz arkusze FEP niestrzępiącymi się chusteczkami, nie powodując zmarszczek ani dziurek. Upewnij się, że arkusze są wolne od zanieczyszczeń i cząstek stałych. Następnie umieść każdy czysty, suchy arkusz między niestrzępiącymi się chusteczkami i przechowuj je w bezkurzowym, czystym, plastikowym etui.

Aby rozpocząć produkcję kompozytu, nałóż silikonowy środek zwalniający do formy uciskowej. Przetrzyj formę niestrzępiącymi się chusteczkami, aby pozostawić tylko cienką warstwę środka do usuwania pleśni. Następnie przytnij kawałek przygotowanego laminatu z włókna węglowego, aby był nieco mniejszy niż wnęka formy.

Umieść arkusz czystej folii FEP o grubości 25 mikrometrów na dolnej formie. Umieść laminat na formie i przykryj go folią FEP o grubości 25 lub 100 mikrometrów, w zależności od rodzaju włókna. Ostrożnie wygładź folię, aby między miękką warstwą a laminatem nie pozostały pęcherzyki powietrza.

Następnie zamknij formę zaciskową. Podgrzej gorącą prasę do 150 stopni Celsjusza i umieść formę uciskową w prasie. W przypadku jednokierunkowego kompozytu włóknistego należy stale nakładać 20 megapaskali przez 30 minut.

W przypadku tkanego kompozytu nałóż 20 megapaskali na cztery minuty, zwolnij nacisk i natychmiast ponownie nałóż 20 megapaskali . Oczyszczaj materiał w ten sposób, aż lepkość żywicy zacznie rosnąć. Następnie utrzymuj ciśnienie na poziomie 20 megapaskali do momentu, aż kompozyt utwardzi się łącznie przez 30 minut.

W przypadku kompozytu filcowego powoli zwiększaj ciśnienie do trzech megapaskalów, uważając, aby nie przestrzelić. Utwardź materiał w trzech megapaskalach przez 30 minut. Po utwardzeniu próbki, bez zwalniania ciśnienia, schłodzić formę tłoczną do temperatury poniżej 120 stopni Celsjusza.

Następnie zwolnij ciśnienie, wyjmij formę i wyjmij z formy wyprodukowaną próbkę. Obrazy ze skaningowej mikroskopii elektronowej uzyskane pod kątem pięciu stopni wykazały, że włókna były widoczne bardziej szczegółowo w kompozytach wytwarzanych metodą miękkiej warstwy niż w przypadku konwencjonalnego formowania tłocznego. Przypisano to wyeliminowaniu bogatej w żywicę warstwy na wierzchu kompozytu.

Pomimo wyeliminowania warstwy żywicy epoksydowej, włókna nie wykazywały widocznych defektów. Przewodność elektryczna o dużej grubości była większa w kompozytach wytwarzanych metodą miękkiej warstwy, przy jednoczesnym spadku rezystancji właściwej dla obszaru do poniżej 20 miliomów na centymetr kwadratowy przy ciśnieniu zagęszczania 1,38 megapaskali . Zmierzone wytrzymałości na rozciąganie kompozytów miękkowarstwowych były porównywalne z tymi wytwarzanymi konwencjonalną metodą ściskania.

Tkaniny i kompozyty filcowe wykazały wzrost odpowiednio o 22% i 15%. Wzrost ten przypisano miękkiej warstwie, która wywierała równomierny nacisk na powierzchnię kompozytu. Postępując zgodnie z tą procedurą, będziesz w stanie bez trudu wytworzyć kompozyt odsłonięty na włókno.

Mechanizm jest prosty. A dzięki dobremu zrozumieniu materiału implementacja jest jeszcze prostsza. Próbując wykonać tę procedurę, pamiętaj, aby dostosować ją do konkretnej aplikacji.

Należy wziąć pod uwagę warunki utwardzania kompozytu oraz właściwości termiczne miękkiej warstwy i odpowiednio dostosować procedurę, aby uzyskać pożądane rezultaty.