Implementação experimental de um novo método de fabricação de compósitos: expondo desencapadas fibras na superfície composta pelo método suave camada

O objetivo geral deste procedimento é fabricar um compósito reforçado com fibras nuas expostas na superfície sem nenhum tratamento de superfície. Essa técnica pode expor fibras nuas em uma superfície composta sem o uso de tratamentos de superfície caros e ineficientes. A principal vantagem dessa técnica é que ela melhora a condutividade elétrica e as resistências mecânicas do compósito.

Essa técnica também possui alta produtividade. Para preparar tecido de fibra de carbono unidirecional, pré-impregnado com epóxi, empilhe quadrados de pré-impregnado com uma fração de volume de fibra de 50 a 60% em uma sequência que inclui orientações de zero grau e 90 graus para evitar a divisão do laminado. Para preparar cada quadrado de tecido de fibra de carbono pré-impregnado, primeiro limpe o tecido com acetona ou etanol.

Coloque o tecido em uma superfície limpa ou em um pano de laboratório sem fiapos e deixe a acetona evaporar em condições ambientais. Retire um suporte de uma folha de resina epóxi tipo filme com uma temperatura de cura de 125 graus Celsius. Aplique uma única folha de filme de resina epóxi no tecido de carbono limpo.

Coloque o tecido com o lado epóxi voltado para baixo em uma placa quente a 70 graus Celsius. Aqueça o tecido por 10 segundos para pré-impregnar o tecido com epóxi. Deixe o tecido pré-impregnado esfriar em condições ambientais por 10 minutos.

Em seguida, remova a folha de suporte restante do lado revestido com epóxi. Empilhe o tecido pré-impregnado de trama lisa na sequência de empilhamento desejada para formar o laminado de tecido de fibra de carbono de trama lisa. Para preparar o laminado de feltro de fibra de carbono não tecido, aplique uma folha de epóxi de camada tripla em cada lado de um pedaço de feltro de carbono limpo e seco.

Aqueça os lados revestidos com epóxi do feltro a 70 graus Celsius por 10 segundos cada com massa aplicada na parte superior. Deixe o feltro pré-impregnado esfriar por 10 minutos e, em seguida, retire as folhas de apoio restantes. Em seguida, lave folhas de filme de liberação de etileno propileno fluorado de 25 micrômetros de espessura, não perfurado, com etanol ou acetona.

Seque cuidadosamente as folhas de FEP com lenços sem fiapos sem causar rugas ou furos. Certifique-se de que as folhas estejam livres de contaminantes e partículas. Em seguida, coloque cada folha limpa e seca entre lenços sem fiapos e guarde as folhas em uma caixa de plástico limpa e sem poeira.

Para iniciar a fabricação do compósito, aplique o desmoldante de silicone no molde de compressão. Limpe o molde com lenços sem fiapos para deixar apenas uma fina camada de desmoldante. Em seguida, corte um pedaço de laminado de fibra de carbono preparado para ser um pouco menor do que a cavidade do molde.

Coloque uma folha de filme FEP limpo de 25 micrômetros de espessura no molde inferior. Coloque o laminado no molde e cubra-o com filme FEP de 25 ou 100 micrômetros de espessura, dependendo do tipo de fibra. Alise cuidadosamente o filme para que não fiquem bolhas de ar entre a camada macia e o laminado.

Em seguida, feche o molde de compressão. Aqueça uma prensa quente a 150 graus Celsius e coloque o molde de compressão na prensa. Para compósito de fibra unidirecional, aplique constantemente 20 megapascais por 30 minutos.

Para um compósito tecido, aplique 20 megapascais por quatro minutos, libere a pressão e reaplique imediatamente 20 megapascais. Purgue o material dessa maneira até que a viscosidade da resina comece a aumentar. Em seguida, mantenha a pressão em 20 megapascais até que o compósito tenha curado por 30 minutos no total.

Para um composto de feltro, aumente lentamente a pressão para três megapascais, tomando cuidado para não ultrapassar. Cure o material a três megapascais por 30 minutos. Uma vez curada a amostra, sem liberar a pressão, resfrie o molde de compressão abaixo de 120 graus Celsius.

Em seguida, libere a pressão, remova o molde e desenforme a amostra fabricada. Imagens de microscopia eletrônica de varredura adquiridas com uma inclinação de cinco graus mostraram que as fibras eram visíveis com mais detalhes em compósitos fabricados com o método de camada macia do que com moldagem por compressão convencional. Isso foi atribuído à eliminação da camada rica em resina no topo do compósito.

Apesar da eliminação da camada de resina epóxi, as fibras não apresentaram defeitos visíveis. A condutividade elétrica de espessura total foi maior em compósitos fabricados com o método de camada mole, com uma diminuição correspondente na resistência específica da área para menos de 20 miliohms por centímetro quadrado a uma pressão de compactação de 1,38 megapascals. As resistências à tração medidas de compósitos de camada macia foram comparáveis às fabricadas pelo método de compressão convencional.

Os compósitos de tecido e feltro apresentaram aumentos de 22% e 15%, respectivamente. Esses aumentos foram atribuídos à camada macia aplicando uma pressão uniforme na superfície do compósito. Seguindo este procedimento, você poderá fabricar um composto exposto a fibras sem dificuldade.

O mecanismo é simples. E com um bom entendimento do seu material, a implementação é ainda mais simples. Ao tentar este procedimento, lembre-se de ajustá-lo para se adequar à sua aplicação específica.

Considere a condição de cura do compósito e as propriedades térmicas da camada macia e ajuste o procedimento de acordo para obter os resultados desejados.