Bileşik laminat imal etmek vakum çanta iş konsolidasyon baskı uygulamak için yeni bir yöntem açıklanır. Bu iletişim kuralının amacı laminat ıslak iş vakum çanta yöntemi tarafından fabrikasyon kalitesini artırmak için bir basit, uygun maliyetli teknik geliştirmektir.
Bu eser bileşik laminat ıslak iş vakum çanta işlemler tarafından son zamanlarda geliştirilen mıknatıs yardımlı kompozit üretim (MACM) tekniği kullanarak fabrikasyon kalitesini artırmak için bir protokol gösterir. Bu teknikte, kalıcı mıknatıslar yeterince yüksek konsolidasyon basıncı kür aşamasında uygulamak için kullanılmaktadır. Manyetik alan yoğunluğu artırmak için ve böylece, manyetik sıkıştırma basıncı artırmak için mıknatıslar manyetik üst tabağa konur. İlk olarak, manyetik bir alt bileşik iş hazırlama bütün prosedür çelik plaka geleneksel ıslak iş vakum çanta işlemi açıklanmıştır kullanarak. İkinci olarak, Neodim-demir-bor kalıcı mıknatıslar, polarite, vakum çanta üzerinde alternatif olarak düzenlenmiş bir dizi yerleşimini gösterilmektedir. Daha sonra manyetik sıkıştırma basınç ve hacim kesirler bileşik bileşenlerinin ölçmek için deneysel yordamlar sunulmaktadır. Son olarak, mikroyapı ve bileşik laminat mekanik özelliklerini tanımlamak için kullanılan yöntemleri ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Sonuçları ıslak iş vakum çanta laminat kalitesini geliştirmeye MACM yönteminin etkinliğini kanıtlamak. Bu yöntem büyük sermaye yatırım takım veya ekipmanlar için gerektirmez ve geometrik olarak karmaşık kompozit parça yanında duvar ilanı mıknatıslar vakum çanta üzerinde konumlandırılmış bir eşleşen üst kalıp üzerinde birleştirmek için de kullanılabilir.
Fiber takviyeli polimer kompozit yaygın olarak otomotiv1,2, Havacılık ve uzay3,4, deniz5,6ve inşaat7,8 kullanılmıştır Endüstri yüksek belirli güç ve modülü, olumlu yorgunluk davranış ve korozyon direnci gibi benzersiz özellikleri nedeniyle. Şu anda, yüksek kaliteli bileşik laminat ağırlıklı olarak yüksek sıcaklık ve yüksek konsolidasyon 0,27-0,69 baskısı altında bir Otoklav içinde tedavi katmanları ön emdirilmiş kumaş (prepreg) kullanma cihazlarında MPa (40-100 psi)9. Biraz daha düşük kalite bileşik laminat daha yüksek bir konsolidasyon basıncı değil uygulandığı yerin ıslak iş işlem tarafından üretilmektedir. Bu süreç emek yoğun, pahalı ekipman gerektirmez ve kuru kumaş bir kat bir kalıp yerleştirerek ve daha sonra reçine uygulama tarafından gerçekleştirilir. Çoğu uygulamada, bir el rulo reçine elyaf takviye kuvvet ve aşırı reçine sıkmak için kullanılır. İstenilen kalınlık elde edilir kadar bu dizi yinelenir. Islak iş tarafından üretilen laminat kalitesini büyük ölçüde vakum (ıslak iş vakum çanta işleme adı) ve bir ek konsolidasyon basıncı bir Otoklav içinde bir arada tedavi sırasında uygulayarak geliştirilebilir. Tedavi sırasında yüksek konsolidasyon basınç uygulayarak fiber birim kesir ve mekanik özellikleri geliştirme sonuçları boşlukları10,11 kaldırılması bir artış yol reçine akışını kolaylaştırır. İbrahim vd. yüksek-nitelik düz örgü E-cam kompozit laminat bir yüksek lif birim kısmını yaklaşık % 64 ve düşük geçersiz birim kesir %1,6 1.2 bir konsolidasyon basıncı MPa iken ıslak iş vakum çanta kullanmak fabrikasyon 12 gösterdi bir Otoklav içinde geçerli.
Boşlukları bir bileşik laminat üretim sırasında oluşan en yaygın hataları vardır. Birkaç mikron için birkaç yüz mikron arasında değişen boşlukları öncelikle hapsolmuş hava nedeniyle iş sırasında kurulur, reçine nem çözünmüş ve tenler sırasında tedavi13,14,15ihraç. Ayrıca, emprenye fibröz takviye dinamikleri geçersiz tuzak16,17üzerinde önemli bir etkisi görülmüştür. Bu yaygın bir bileşik laminat boşlukları varlığı gücü13,18,19, modül20,21, kırık önemli bir azalma yol açabilir kabul edilir tokluk22ve yorgunluk hayat23,24 laminat. Örneğin, Judd ve Wright25 bu her % 1 artış geçersiz içeriğinde bulunan (en fazla %4), sonuçlarında bir kısa kiriş kesme özellikleri yaklaşık % 7 düşüş. Ayrıca, Ghiorse26 karbon/epoksi kompozit, geçersiz içerik, her % 1 artış içinde interlaminar kesme ve bükülme gücü % 10 azalma ve bükülme modülü %5 azalma görülebilir, buldum. Ayrıca, boşlukları çatlamak başlatma ve yayma gibi nem emme27,28üzerinde olumsuz etkileri vardır. Nem emme için daha yüksek geçersiz içeriği ile laminat oranı daha fazla ve absorbe nem fiber-matris arabirimi ve aşağı uzun vadeli mekanik özellikleri29bozulma neden olabilir tanınmış, 30,31,32. Böylece, mekanik özellikleri tutarlılığını sağlamak ve kompozit ürünler en yüksek kalite elde etmek için geçersiz içerik indirilmelidir.
Her ne kadar güvenilir, yüksek kaliteli parçalar üreten bir Otoklav içinde bileşik laminant kür, ürün maliyet başlangıç sermaye yatırımları ve aşırı enerji kullanımı nedeniyle yüksek olacaktır. Otoklav yanı sıra tedavisi, Vakum Yardımlı reçine transferi (VARTM) kalıplama ve Quickstep süreci gibi teknikleri çok çeşitli geliştirilmiş ve bileşik laminat otoklav32,33, dışında imal için kullanılan 34 , 35 , 36. ancak, bir Tekdüzen, yüksek basınç yokluğu nedeniyle, sık sık bu yöntemlerle üretilen laminat basınçlı kaplar37yılında yapılan göre alt mekanik özellikleri vardır. Son zamanlarda, bir roman tekniği (MACM) üretim mıknatıs yardımlı kompozit bir konsolidasyon basıncı yüksek güç kalıcı bir dizi ile uygulayarak ıslak iş vakum çanta bileşik laminat kalitesini artırmak için kullanılan olarak anılacaktır mıknatıslar38,39. Bu tekniğin uygulanması sonra yüksek ısı kalıcı mıknatıslar40kullanarak bir otoklav dışında yüksek kaliteli, yapısal bileşik laminat üretmek için uzatıldı.
Bu yazıda, ıslak iş vakum çanta bileşik laminat MACM tekniği kullanarak üretim için bir protokol sunulmuştur. MACM içinde Neodim-demir-bor kalıcı mıknatıslar yeterince yüksek konsolidasyon basıncı tedavi sırasında uygulamak ve böylece, laminat kalitesini artırmak için kullanılmaktadır. İlk olarak, 6 katlı, düz örgü E-cam/epoksi kompozit iş alt çelik plaka üzerinde hazırlanması açıklanmıştır. O zaman, en iyi bir çelik plaka üzerinde alternatif polarite kalıcı mıknatıslar düzenlenmesi, konsolidasyon basıncı bileşik iş uygulamak için vakum çanta üzerinde yerleşimi ile birlikte gösterilmiştir. Son olarak, biz ölçüm manyetik sıkıştırma basıncı yanı sıra boşluk ve lif birim kesirler, mikroyapı ve mekanik özellikleri kompozit laminat karakterizasyonu için kullanılan yöntemleri için adımlar verilmiştir. MACM sürecinin etkinliği yapılan ıslak iş vakum çanta laminat imalatı tarafından incelenir manyetik basıncı ve onların özellikleri bu mıknatıslar olmadan geleneksel ıslak iş vakum çanta tarafından fabrikasyon karşılaştırmayı altında. Elde edilen sonuçlar MACM yöntemi genel olarak laminat kalitesini artırmak yeteneği kanıtla. Bu yöntem ucuz ve basit bir şekilde yüksek kaliteli laminat imalat ve büyük ve geometrik olarak karmaşık bileşik bileşenleri imal göreli kolaylıkla uygulanabilir.
Yüksek konsolidasyon basıncı uygulaması bileşik laminant tedavisi sırasında özellikle yüksek kaliteli kompozit parça47üretim için önemlidir. Dış basınç uygulanmaz ve laminat yalnızca vakum altında tedavi, son bölümünde muhtemelen %5 oranında hacim ve istenmeyen reçine zengin bölgeleri48aşan yüksek geçersiz içerik genellikle içerir. Geçersiz içeriği yüksek, düşük lif birim kesir ve reçine zengin alanlarda bileşik laminat mekanik özelliklerini olumsuz etkileyen faktörlerdir. Bu çalışmada, Laminant ıslak iş vakum çanta sürecinde tedavi sırasında yüksek konsolidasyon basınç uygulayarak bir deneysel açıklanan29protokolüdür. Bu teknikte, ilk olarak, geleneksel ıslak iş vakum çanta işlem göre manyetik alt araç plaka üzerinde bileşik iş hazırlanır. Kalıcı mıknatıslar, manyetik bir üst çelik plaka için bağlı bir dizi sonra vakum çanta üzerinde yer alıyor. Bu çalışmada, mıknatıslar nerede reçine viskozite önemli ölçüde azalır iş sıcaklık 60 ° c, artırırken uygulanır. Jelleşme punto gibi farklı bir zamanda basınç uygulayarak verim astarlar ile farklı özellikler13,40,49. Mıknatıs ve manyetik alt plaka arasındaki boşluğu üzerinde uygulanan manyetik basıncı düzeyine bağlıdır. Böylece, biz bir mıknatıs tarafından boşluk (Yani, iş kalınlık) bir fonksiyonu olarak manyetik basıncı ölçmek için bir yordam mevcut.
MACM, ıslak etkinliğini belirlemek için iş vakum çanta laminat farklı malzeme bileşenleri ile altı senaryoları ile ve manyetik sıkıştırma baskı olmadan kullanarak cihazlarında. Sonra boşluk ve lif birim kesirler, mikroyapı ve bileşik laminat bükülme özellikleri karakterizasyonu için ayrıntılı adımlar gösterilmektedir. Birim kesirler bileşik bileşenlerinin, reçine yanık değerlendirmek için kapalı ve süspansiyon yöntemlerdir kullanılan42. Sunulan sonuçlar önemli ölçüde manyetik sıkıştırma basınç uygulayarak elyaf birim kesir artırır ve parçaların geçersiz içerik azaltır gösterir. Ayrıca, bileşik microstructural çözümlenmesi için Tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüleme kullanılır ve konumu ve boşlukları15geometrik özellikleri görmemizi sağlar. Örneğin, Şekil 3 manyetik basıncı tedavi sırasında kullanımı da boşlukları sayısını ve boyutunu azaltmada faydalıdır ve bu nedenle erken başarısızlık20,24olasılığını azaltır göstermektedir. Sonuç olarak, bu faktörlerin büyük ölçüde laminat bükülme özelliklerini geliştirmek. Ancak, MACM etkinliğini bileşik bileşenlerinin (elyaf ve reçine) türüne bağlı olarak farklı olduğunu.
Bu yöntem ile laminat imalatı basit olmasına rağmen onlar çok yüksek basınç (Yani, en fazla baskısı 0,64 MPa) üretmek gibi düzenleme ve kalıcı mıknatıslar yerleştirme sırasında özen göstermelidir. Bu yöntem alt araç plaka 400 serisi paslanmaz çelik gibi manyetik olması gerekiyor ve manyetik çekim kuvvetleri taşımak ve plaka yukarı kaydır çünkü bu karşı hareketi mıknatıslar, yerleşimini önce giderilmelidir kısıtlamadır. Ayrıca, mıknatıslar tarafından uygulanan basınç laminat kalınlığına bağlıdır. Örneğin için NdFeB, N52 2.54 2.54 × × 1,27 cm3 kalıcı mıknatıslar yüksek konsolidasyon basıncı (> 0,1 MPa) üretmek mümkün değildir ne zaman bileşik iş kalınlığı 6.5 mm aşıyor. Bu durumda, daha güçlü mıknatıslar yüksek konsolidasyon düzeylerine ulaşmak için kullanılması gereken gerekir.
Sunulan yöntem kullanmak uygun olur ve o does değil istemek pahalı ekipman ve takım basınçlı kaplar üzerinde avantaja sahiptir. Her ne kadar burada aydınlatılmamıştır değil, bu yöntem geniş sadece ıslak iş vakum çanta için kompozit prepregs ve Vakum Yardımlı reçine transferi (VARTM) kalıplama otoklav kür gibi diğer üretim süreçleri için de geçerlidir. Ayrıca, büyük kompozit bileşenleri vakum çanta boyunca mıknatıslar mıknatıslar ve vakum çanta arasında uygun bir yağ kullanılırsa kaydırarak göreli kolaylıkla fabrikasyon. Ayrıca, bizim bilgimize için bileşik iş yerel yanı sıra üniform olmayan basınç uygulama sağlayan tek yöntem bu. Bu yöntemi gelecekteki yönünü geometrik olarak karmaşık kompozit parça üretmek için ama düz bir tabağa mıknatısları yerleştirmek yerine, onlar bir eşleşen, üst kalıp üzerinde yerleştirilebilir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar AME makinenin olduğu dükkanın Oklahoma Üniversitesi kalıp ve imalat kurulum ve kompozit üretim araştırma laboratuvarı, üyeleri yapmak yardımcı olduğunuz için teşekkür Drs. Yousef K. Hamîdî, M. Akif yalçınkaya ve Jacob Anderson için yararlı tartışmalar.
Plain weave glass fiber | Hexcel | HexForce 3733 | The type of fibers can be substituted with any type of fabrics |
Randomly oriented chopped strand glass fiber | Fiberglast | 248 | |
TenCate EX-1522/IM7 | Tencate | it is a plain weave carbon/epoxy prepreg | |
PRO-SET INF-114 Infusion Epoxy | Composite Envisions | 1758 | The type of resin can be substituted with any type of resin suitable for wet lay-up vacuum bag process |
PRO-SET INF-211 Medium Infusion Hardener | Composite Envisions | 1760 | |
EPON 862 | Hexion Inc. | ||
EPIKURE Curing Agent 3300 | Hexion Inc. | ||
NdFeB, N52-2.54 × 2.54 × 1.27 cm3 | K&J Magnetics, Inc. | BX0X08-N52 | Magnets can be substitued with any type depending on the required pressure and application |
OLFA rotary cutter | Fibre Glast | 1706-A | |
Tacky tape | De-Comp Composites | D413Y | |
Polyester tape | De-Comp Composites | D574A | |
Squeegees | Fibre Glast | 62-A | Any type of squeegees can be used |
Roller | De-Comp Composites | D205 | Any type of rollers can be used |
PTFE-Coated fiberglass fabric sheets | McMaster-Carr Supply Company | 8577K81 | |
PTFE release agent dry lubricant | Miller-Stephenson | MS122AD | |
Perforated release film | Fibre Glast | 1787-C | |
Breather cloth | De-Comp Composites | ||
Vacuum bag film | Rock West Composite | WRIGHTLON 7400 | |
Aluminum twist lock vacuum valve | De-Comp Composites | D401 | |
Vacuum pump | Best Value Vacs | BVVRS1 | |
Flexible silicone-rubber heat sheets, adhesive backing | McMaster-Carr Supply Company | 35765K429 | |
400-series steel plate, 6.35 mm-thick | The lay-up is prepared on this plate | ||
steel plate, 4.76 mm-thick | The magnets are attached to this plate | ||
Aluminum sheet, 0.3-mm thick | |||
Lab stirrer mixer | Caframo | ||
Laboratory weigh scale | |||
AccuPyc II 1340 automatic gas pycnometer | Micromeritics Instrument Corporation | 134/00000/00 | |
Specific gravity cup, 83.2 mL | Gardco | EW-38000-12 | |
Acrylic cold mounting resin | Struers | LevoCit | |
Grinder/polisher | Struers | LaboSystem | |
Porcelain crucibles, 30 mL | United Scientific Supplies | JCT030 | |
Plastic Cups, 12 Oz, clear | It is used as epoxy mixing cups |