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

Ogólnym celem tej procedury jest zastosowanie techniki produkcji kompozytów wspomaganych magnesem lub techniki MACM w celu znacznej poprawy jakości laminatów kompozytowych z worków próżniowych do układania na mokro poprzez zastosowanie wysokiego ciśnienia konsolidacji podczas produkcji laminatu. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest to tani, prosty sposób wytwarzania laminatów kompozytowych i może być używany do stosunkowo łatwego wytwarzania dużych, skomplikowanych geometrycznie części. Metoda ta ma szerokie zastosowanie nie tylko w procesach worków próżniowych z warstwą mokrą, ale także w innych technikach produkcji kompozytów, takich jak utwardzanie prepregów poza autoklawem i formowanie transferowe żywicy wspomagane próżniowo.

Przygotowanie warstw oraz rozmieszczenie i rozmieszczenie magnesów są trudne do nauczenia się bez wizualnej demonstracji. Wierzymy, że ta prezentacja pomoże innym badaczom wdrożyć MACM do produkcji wysokowydajnych laminatów kompozytowych. Aby rozpocząć procedurę, ostrożnie umieść 25 magnesów trwałych neodymowo-żelazowo-borowych N52 o wymiarach jeden cal na jeden cal na 1/2 cala w konfiguracji kwadratowej pięć na pięć w naprzemiennej polaryzacji na stalowej płycie magnetycznej o wymiarach 12 cali na 6 cali na 3/16 cala.

Użyj obrotowego noża do tkanin, aby wyciąć sześć warstw włókna szklanego o splocie płóciennym o wymiarach osiem cali na sześć cali, a następnie wymieszaj 40 gramów żywicy epoksydowej i 10,96 grama utwardzacza do żywicy przy 350 obr./min, aż do całkowitego wymieszania. Odgazuj żywicę przez 15 minut, aby usunąć uwięzione powietrze wprowadzone podczas procesu mieszania. Następnie umieść aluminiową płytkę uszczelniającą o grubości 0,3 milimetra i wymiarach osiem cali na sześć cali, wstępnie pokrytą środkiem antyadhezyjnym PTFE, pośrodku perforowanej folii antyadhezyjnej o wymiarach 10 1/2 cala na 8 1/2 cala.

Przyklej krawędzie płytki uszczelniającej do folii antyadhezyjnej taśmą poliestrową o szerokości pół cala. Następnie przymocuj elastyczną silikonową blachę grzewczą z klejem po jednej stronie stalowej płyty narzędziowej o grubości 1/4 cala z serii 400. Przykryj obszar o wymiarach 17 cali na 11 cali po drugiej stronie stalowej płyty nieporowatą folią antyadhezyjną z włókna szklanego o grubości 0,003 cala.

Obrysuj obszar dwustronną taśmą uszczelniającą o szerokości 1/2 cala przeznaczoną do pakowania próżniowego. Nałóż tylko tyle odgazowanej żywicy na obszar o wymiarach sześć cali na osiem cali, aby zwilżyć pojedynczą warstwę włókna szklanego o splocie płóciennym. Umieść pojedynczą warstwę tkaniny na żywicy i za pomocą wałka dociśnij i wyciśnij nadmiar żywicy.

Wlej dodatkową żywicę na tkaninę i za pomocą ściągaczki rozprowadź żywicę na tkaninie, aż łoże z włókna zostanie w pełni nasycone. Powtórz ten proces dla pozostałych pięciu warstw włókna szklanego, używając w przybliżeniu takiej samej ilości żywicy dla każdej warstwy. Następnie umieść płytkę uszczelniającą na podeście z włókna.

Przyklej krawędzie dołączonej folii antyadhezyjnej taśmą poliestrową. Umieść dwie warstwy tkaniny odpowietrzającej o wymiarach 16 cali na 10 cali na wierzchu folii antyadhezyjnej. Umieść dolną część dwuczęściowego aluminiowego zaworu próżniowego z blokadą skrętną na ściereczce odpowietrzającej, upewniając się, że zawór znajduje się co najmniej sześć cali lub 15.3 centymetra od nasyconej preformy, aby uniknąć kontaktu z nadmiarem żywicy.

Usuń podkład z taśmy uszczelniającej. Umieść folię do pakowania próżniowego na zespole i mocno dociśnij krawędzie do taśmy uszczelniającej. Następnie podłącz górną część zaworu próżniowego do pompy próżniowej wyposażonej w regulator ciśnienia.

Wytnij małą szczelinę w folii worka próżniowego nad dolną częścią zaworu. Włóż górną część zaworu do dolnej części i delikatnie przekręć górną część, aby zablokować ją na miejscu bez marszczenia worka próżniowego. Uruchom pompę próżniową, poczekaj, aż ciśnienie ustabilizuje się na poziomie 93 kilopaskali i sprawdź, czy w układzie nie ma wycieków.

Clamp wszystkie cztery boki dolnej płyty do podstawy nośnej, aby unieruchomić zespół. Pozostaw laminat do utwardzenia w stałej próżni przez 45 minut w temperaturze pokojowej. Następnie ostrożnie umieść układ magnesów trwałych na worku próżniowym, uważając, aby magnesy były prawidłowo wyrównane ze stosem włókien.

Podnieś temperaturę dolnej płyty do 60 stopni Celsjusza przy pięciu stopniach Celsjusza na minutę. Utwardzaj laminat przez osiem godzin w tej temperaturze. Po zakończeniu utwardzania zwolnij podciśnienie, wyjmij worek próżniowy i wyjmij laminat kompozytowy z formy.

Aby rozpocząć procedurę pomiaru, przymocuj stalową płytę dolną do ruchomej poprzeczki mechanicznego przyrządu testującego wyposażonego w ogniwo obciążnikowe o sile 1 000 funtów i liniowy zmienny transformator różnicowy. Przymocuj stalową płytę górną do ogniwa obciążnikowego. Upewnij się, że dolna płyta stalowa znajduje się co najmniej 25 milimetrów od górnej płyty.

Następnie ostrożnie umieść jeden magnes trwały neodymowo-żelazowo-borowy na dolnej płycie. Zacznij przesuwać dolną płytę w górę z prędkością od jednego do dwóch milimetrów na minutę. Rejestruj wygenerowaną siłę magnetyczną i przemieszczenie w czasie.

Kontynuuj monitorowanie pomiarów magnetycznej siły zagęszczania, aż magnes prawie zetknie się z górną płytą. Następnie przerwij test i oblicz magnetyczne ciśnienie zagęszczania w funkcji szczeliny. Aby rozpocząć oznaczanie gęstości, należy wyciąć trzy próbki z próbki laminatu zgodnie ze specyfikacjami ASTM.

Umieść każdą próbkę w zlewce zawierającej 300 mililitrów przezroczystej ciężkiej cieczy wodnej. Umieścić próbkę kompozytową w zlewce i upewnić się, że próbka unosi się na cieczy. Dodaj trzy mililitry wody destylowanej do płynu i mieszaj roztwór z prędkością 1 000 obr./min przez pięć minut.

Kontynuuj dodawanie wody w ten sposób, aż próbka złożona zostanie zawieszona w mieszaninie, wskazując, że gęstość roztworu jest równa gęstości próbki. Użyj miseczki o ciężarze właściwym, aby określić gęstość roztworu. Aby rozpocząć procedurę wypalania żywicy, umieść każdą próbkę w osobnym tyglu porcelanowym.

Zmierz i zapisz masę próbek, a także tygli, a następnie umieść tygle w piecu. Rozgrzej piec do 1, 112 stopni Fahrenheita lub 600 stopni Celsjusza przy około 10 stopniach Celsjusza na minutę i pozwól żywicy wypalić się przez cztery godziny. Następnie wyłącz piec i ostrożnie otwórz drzwiczki pieca.

Pozwól piecowi ostygnąć do temperatury pokojowej. Następnie wyjmij schłodzone tygle z pieca i zważ odzyskane włókna szklane, aby obliczyć frakcje wagowe włókna i żywicy. Zmierzone ciśnienie magnetyczne generowane przez magnes neodymowo-żelazowo-borowy w funkcji szczeliny między płytami zgadzało się z kartą katalogową dostarczoną przez dostawcę, potwierdzając, że do laminatu wywierany jest zwiększony nacisk magnetyczny wraz ze zmniejszaniem się grubości warstwy podczas procesu utwardzania.

Umiarkowane zmniejszenie grubości ułożenia dwóch losowo ułożonych laminatów matowych podczas konsolidacji spowodowało znaczny wzrost ciśnienia magnetycznego. Grubość ułożenia laminatu o splocie płóciennym zmniejszyła się tylko nieznacznie, co spowodowało niewielki wzrost ciśnienia magnetycznego podczas konsolidacji. Zastosowanie magnetycznego nacisku zagęszczania w zakresie od 0,2 do 0,4 mega paskali znacznie zmniejszyło średnią grubość laminatu zarówno dla laminatów o splocie płóciennym, jak i losowych matowych laminatów z włókna szklanego.

Znalazło to odzwierciedlenie w znacznym zmniejszeniu obszarów bogatych w żywicę i objętości pustych przestrzeni. Tę zmianę zaobserwowano w wielu systemach żywicznych. Zwiększona frakcja objętościowa włókien i zmniejszona frakcja objętości pustek laminatów wytworzonych za pomocą MACM spowodowały znaczną poprawę wytrzymałości na zginanie i modułu zginania w porównaniu z laminatami produkowanymi konwencjonalnie.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak używać magnesów trwałych do wywierania wysokiego ciśnienia konsolidacji podczas utwardzania laminatu w procesie mokrego worka próżniowego. Wysokie ciśnienie konsolidacji znacznie poprawiło właściwości tych laminatów kompozytowych. Jesteśmy bardzo podekscytowani zastosowaniem ciśnienia magnetycznego w produkcji strukturalnych, wysokowydajnych laminatów kompozytowych.

Wierzymy, że metoda ta może być zastosowana w innych procesach produkcji kompozytów. Nie zapomnij zachować szczególnej ostrożności podczas ustawiania i umieszczania magnesów trwałych, ponieważ generują one bardzo wysokie ciśnienie. Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze zachować środki ostrożności, takie jak noszenie rękawic odpornych na uderzenia.