Ímã assistida fabricação composta: Uma nova técnica flexível para alcançar a consolidação de alta pressão em vácuo processos de saco/Lay-Up

O objetivo geral deste procedimento é usar uma técnica de fabricação de compósitos assistida por ímã ou MACM para melhorar significativamente a qualidade dos laminados compostos de saco de vácuo de camada úmida, aplicando uma alta pressão de consolidação durante a fabricação do laminado. A principal vantagem dessa técnica é que é uma maneira simples e de baixo custo de fabricar laminados compostos e pode ser usada para fabricar peças grandes e geometricamente complexas com relativa facilidade. Este método é amplamente aplicável não apenas em processos de saco a vácuo de camada úmida, mas também em outras técnicas de fabricação de compósitos, como cura pré-impregnada fora da autoclave e moldagem por transferência de resina assistida a vácuo.

A preparação da camada e o arranjo e posicionamento do ímã são difíceis de aprender sem demonstração visual. Acreditamos que esta apresentação ajudará outros pesquisadores a implementar o MACM para fazer laminados compostos de alto desempenho. Para iniciar o procedimento, coloque cuidadosamente 25 ímãs permanentes de neodímio-ferro-boro N52 de uma polegada por uma polegada por 1/2 polegada em uma configuração quadrada de cinco por cinco em polaridade alternada em uma placa de aço magnética de 12 polegadas por 6 polegadas por 3/16 polegadas.

Use um cortador de tecido rotativo para cortar seis camadas de fibra de vidro de trama simples de oito polegadas por seis polegadas e, em seguida, misture 40 gramas de resina epóxi e 10,96 gramas de endurecedor de resina a 350 rpm até ficar totalmente misturado. Desgaseifique a resina por 15 minutos para remover o ar preso introduzido durante o processo de mistura. Em seguida, coloque uma placa de alumínio de 0,3 milímetros de espessura de oito polegadas por seis polegadas pré-revestida com agente desmoldante de PTFE no centro de um filme de liberação perfurado de 10 1/2 polegadas por 8 1/2 polegadas.

Cole as bordas da placa de caul no filme de liberação com fita de poliéster de meia polegada de largura. Em seguida, fixe uma folha de calor de silicone flexível com adesivo em um lado de uma placa de aço ferramenta da série 400 de 1/4 de polegada de espessura. Cubra uma área de 17 polegadas por 11 polegadas do outro lado da chapa de aço com filme de liberação de fibra de vidro não poroso de 0,003 polegadas de espessura.

Contorne a área com fita selante dupla face de 1/2 polegada de largura projetada para ensacamento a vácuo. Aplique apenas o suficiente da resina desgaseificada em uma área de seis polegadas por oito polegadas para molhar uma única camada da fibra de vidro de trama simples. Coloque uma única camada do tecido na resina e use um rolo para pressionar e espremer o excesso de resina.

Despeje resina adicional no tecido e use um rodo para espalhar a resina sobre o tecido até que o leito de fibra esteja totalmente saturado. Repita esse processo para as cinco camadas restantes de fibra de vidro, usando aproximadamente a mesma quantidade de resina para cada camada. Em seguida, coloque a placa de caul em uma pré-forma de fibra.

Prenda as bordas do filme de liberação anexado com fita de poliéster. Coloque duas camadas de pano de respiro de 16 polegadas por 10 polegadas em cima do filme de liberação. Coloque a parte inferior de uma válvula de vácuo de alumínio de duas peças no pano de respiro, certificando-se de que a válvula esteja a pelo menos seis polegadas ou 15.3 centímetros da pré-forma saturada para evitar o contato com o excesso de resina.

Remova o suporte da fita selante. Coloque o filme de ensacamento a vácuo sobre o conjunto e pressione as bordas firmemente contra a fita selante. Em seguida, conecte a parte superior da válvula de vácuo a uma bomba de vácuo equipada com um regulador de pressão.

Corte uma pequena fenda no filme do saco de vácuo sobre a parte inferior da válvula. Insira a parte superior da válvula na peça inferior e gire suavemente a parte superior para travá-la no lugar sem enrugar o saco de vácuo. Ligue a bomba de vácuo, espere a pressão estabilizar em 93 quilos Pascals e verifique se há vazamentos no sistema.

Prenda todos os quatro lados da placa inferior a uma base de suporte para imobilizar o conjunto. Deixe o laminado curar sob vácuo constante por 45 minutos em temperatura ambiente. Em seguida, coloque cuidadosamente o conjunto de ímãs permanentes no saco de vácuo, tomando cuidado para garantir que os ímãs estejam devidamente alinhados com a pilha de fibras.

Aumente a temperatura da placa inferior para 60 graus Celsius a cinco graus Celsius por minuto. Catalise o laminado por oito horas nessa temperatura. Quando a cura estiver concluída, solte o vácuo, remova o saco de vácuo e desmolde o laminado composto.

Para iniciar o procedimento de medição, prenda uma placa inferior de aço à barra transversal móvel de um instrumento de teste mecânico equipado com uma célula de carga de força de 1.000 libras e um transformador diferencial variável linear. Fixe uma placa superior de aço à célula de carga. Certifique-se de que a placa de aço inferior esteja a pelo menos 25 milímetros da placa superior.

Em seguida, coloque cuidadosamente um ímã permanente de neodímio-ferro-boro na placa inferior. Comece a mover a placa inferior para cima a um a dois milímetros por minuto. Registre a força magnética gerada e o deslocamento ao longo do tempo.

Continue monitorando as medições da força de compactação magnética até que o ímã quase entre em contato com a placa superior. Em seguida, pare o teste e calcule a pressão de compactação magnética versus a lacuna. Para iniciar a determinação da densidade, corte três amostras de uma amostra laminada de acordo com as especificações ASTM.

Colocar cada provete num copo contendo 300 mililitros de um líquido aquoso transparente e pesado. Coloque a amostra composta no béquer e certifique-se de que a amostra flutue no líquido. Adicione três mililitros de água destilada ao líquido e agite a solução a 1.000 rpm por cinco minutos.

Continue adicionando água dessa maneira até que a amostra composta esteja suspensa na mistura, indicando que a densidade da solução é igual à densidade da amostra. Use um copo de gravidade específica para determinar a densidade da solução. Para iniciar o procedimento de queima de resina, coloque cada amostra em um cadinho de porcelana separado.

Meça e registre os pesos das amostras, bem como dos cadinhos, e coloque os cadinhos em uma fornalha. Aqueça o forno a 1.112 graus Fahrenheit ou 600 graus Celsius a cerca de 10 graus Celsius por minuto e deixe a resina queimar por quatro horas. Em seguida, desligue o forno e abra cuidadosamente a porta do forno.

Deixe o forno esfriar até a temperatura ambiente. Em seguida, remova os cadinhos resfriados do forno e pese as fibras de vidro recuperadas para calcular as frações de peso da fibra e da resina. A pressão magnética medida gerada por um ímã de neodímio-ferro-boro em função da folga entre as placas concordou bem com a folha de dados fornecida pelo fornecedor, confirmando que o aumento da pressão magnética é aplicado ao laminado à medida que a espessura da disposição diminui durante o processo de cura.

As diminuições moderadas na espessura de assentamento dos dois laminados de esteira aleatórios durante a consolidação resultaram em aumentos notáveis na pressão magnética. A espessura da camada do laminado de trama lisa diminuiu apenas ligeiramente, resultando em um pequeno aumento na pressão magnética durante a consolidação. A aplicação de pressão de compactação magnética na faixa de 0,2 a 0,4 mega Pascals reduziu significativamente a espessura média do laminado para laminados de fibra de vidro de trama simples e fosca aleatória.

Isso se refletiu em uma redução notável nas áreas ricas em resina e nos volumes vazios. Essa mudança foi observada em vários sistemas de resina. O aumento da fração volumétrica da fibra e a diminuição da fração volumétrica vazia dos laminados fabricados com MACM resultaram em melhorias significativas na resistência à flexão e no módulo de flexão em relação aos laminados produzidos convencionalmente.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como usar ímãs permanentes para aplicar uma alta pressão de consolidação durante a cura de um laminado no processo de saco de vácuo de lay-up úmido. A alta pressão de consolidação melhorou consideravelmente as propriedades desses laminados compostos. Estamos muito entusiasmados com o uso da pressão magnética na fabricação de laminados compostos estruturais de alto desempenho.

Acreditamos que este método pode ser adotado em outros processos de fabricação de compósitos. Não se esqueça de ter cuidado extra durante o arranjo e colocação de ímãs permanentes, pois eles geram uma pressão muito alta. Precauções como o uso de luvas resistentes a impactos devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.