Μια Σύγκριση της Χρήσης της Θερμικής Θέρμανσης και της Υπέρυθρης Θέρμανσης σε Αποξηραμένα Αυτοκλείστου των Συνθετικών Ινών Carbon

Μια Σύγκριση της Χρήσης της Θερμικής Θέρμανσης και της Υπέρυθρης Θέρμανσης σε Αποξηραμένα Αυτοκλείστου των Συνθετικών Ινών Carbon

Χαρακτηριστικά

Το παρόν έγγραφο περιγράφει τη συστηματική διερεύνηση των συγκρίσεων μεταξύ ενός παραδοσιακού φούρνου μεταφοράς και μιας νέας εγκατάστασης θέρμανσης υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR) όταν εφαρμόζεται για τη σκλήρυνση ενός φύλλου άνθρακα / εποξειδικού πολυεστέρα που δεν είναι αυτόκλειστο. Δύο πάνελ ανθρακονητικής ποιότητας από ανθρακούχο στρώμα σκληρύνθηκαν, το ένα χρησιμοποιώντας IR θέρμανση και ένα με φούρνο μεταφοράς. Το προφίλ σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία συγκολλήθηκε με το προβλεπόμενο πρόγραμμα σκλήρυνσης με μεγαλύτερη ακρίβεια απ 'ό, τι η σκλήρυνση μεταφοράς με καλό έλεγχο θερμοκρασίας διαμέσου πάχους, αποδεικνύοντας ότι η συνήθης σκλήρυνση του φούρνου με τη μετακίνηση δεν είναι μια διαδικασία προσαρμογής και ξεχνιάματος, όπως πιστεύεται συνήθως. Τα δείγματα κόπηκαν με εκτόξευση νερού και αξιολογήθηκαν με τη χρήση δυναμικών μηχανικών αναλύσεων και δοκιμών κάμψης για την εξαγωγή συγκρίσεων στις φυσικές ιδιότητες. Η θερμοκρασία μετάβασης σε γυαλί και το μέτρο κάμψης του δείγματος που έχει υποστεί θερμική συγκόλληση βρέθηκε ότι είναι υψηλότερη (μέση τιμή των 7.36 ° C και 3.72GPa αντίστοιχα). Προτείνεται ότι αυτό οφείλεται σε ένα παρατεταμένο χρόνο ωρίμανσης της μεθόδου convective (επιπλέον 70 λεπτά) ενδεχομένως λόγω διακύμανσης της υγρασίας στα δείγματα κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Η αντοχή σε κάμψη των δειγμάτων IR ήταν υψηλότερη (μέση τιμή) κατά 57MPa λόγω των υψηλών ποσοστών πορώδους στο δείγμα μεταφοράς, και πάλι λόγω μιας εκτεταμένης περιόδου χαμηλού ιξώδους ρητίνης που σχετίζεται με το κακό έλεγχο σε έναν κλίβανο μεταφοράς. Το IR έδειξε έτσι πολύ καλή ικανότητα να ελέγχει με ακρίβεια τη θεραπεία των σύνθετων ινών άνθρακα.

Η Ceramicx θα ήθελε να επεκτείνει τις ευχαριστίες μας προς τις εταιρείες Kemfast PASS και Cytec για την παροχή υλικού για αυτό το τεστ.

Εισαγωγή

Η ανάγκη να απομακρυνθούμε από τα ευρέως τεκμηριωμένα μειονεκτήματα της χρήσης των αυτόκλειστων για τη σύνθετη ρητίνη έχει παρατηρηθεί αυξημένη εστίαση στις μεθόδους και τα υλικά που προέρχονται από αυτόκλειστα (OOA), ιδιαίτερα στον τομέα της αεροδιαστημικής τα τελευταία χρόνια. Μέχρι σήμερα, η πλειονότητα των συστημάτων ρητίνης OOA χρησιμοποιεί κάποια μορφή θερμαινόμενου φούρνου για τη σκλήρυνση και την επίτευξη των απαιτούμενων ιδιοτήτων του υλικού. Η ψευδαίσθηση μιας τέτοιας προσέγγισης είναι ότι πρόκειται για μια τεχνική "ταιριάζει και ξεχνάμε" όπου ο επιθυμητός ρυθμός ράμπας και η θερμοκρασία σκλήρυνσης προγραμματίζονται στον ελεγκτή και η διαδικασία ολοκληρώνεται.

Πολλοί μηχανικοί ελέγχουν από ένα θερμοζεύγορο με υστέρηση, που βρίσκεται συνήθως κάτω από το τμήμα ή από μια περιοχή πιο σκληρή για θέρμανση και αυτή η ανάγνωση τείνει να είναι σημαντικά διαφορετική από τη θερμοκρασία του αέρα, τις θερμοκρασίες στην επιφάνεια του υλικού και τις θερμοκρασίες που βρίσκονται σε όλο το πάχος του τμήματος. Ενώ η ενδεχόμενη θερμοκρασία διατήρησης αυτού του θερμικού ζεύγους από την πλευρά του μπορεί να φθάσει την επιθυμητή θερμοκρασία σκλήρυνσης, ο ρυθμός θέρμανσης που έχει εκτεθεί στο τμήμα τείνει να είναι σημαντικά διαφορετικός από τον προγραμματισμένο ρυθμό θέρμανσης. Αυτές οι αποκλίσεις μπορούν να οδηγήσουν σε υπερβολικούς / ανεπαρκούς χρόνους ροής ρητίνης που οδηγούν σε ξηρά ελάσματα) ή σε υπερβολικό / ανεπαρκή χρόνο στη θερμοκρασία σκλήρυνσης. Για να καταπολεμηθεί αυτό, τα προγράμματα θεραπείας συχνά τροποποιούνται με βάση ένα μέρος υλικών / μάζας, υλικό εργαλείο / μάζα και σάκκο ρυθμίσεις και off-set ενσωματωμένο στο σύστημα. Ενώ αυτό είναι ένα απολύτως αποδεκτό μέσο για να επιτευχθεί μια καλή θεραπεία, μπορεί να πάρει μια περίοδο ανάπτυξης για την καθιέρωση off-set.

Η υπέρυθρη σκλήρυνση (IR) έχει δείξει την ικανότητα να θερμαίνει γρήγορα και με ακρίβεια ένα ευρύ φάσμα υλικών, χρησιμοποιώντας την ενέργεια για να θερμαίνει άμεσα ένα στοχοθετημένο τμήμα και να περιορίζει τις ενεργειακές ανεπάρκειες. Αν και η σκλήρυνση IR θα απαιτήσει κάποια εργασία αρχικά για να ρυθμίσει τις παραμέτρους της διαδικασίας, έχει υποτεθεί ότι αυτό δεν διαφέρει από τον ακριβή έλεγχο της συνθετικής σκλήρυνσης, που προτείνεται παραπάνω. Η μελέτη αυτή ως εκ τούτου επεδίωξε να συγκρίνει τη χρήση της μεταφοράς και της IR στη σκλήρυνση ενός OOA φύλλου άνθρακα / εποξειδικού ελαστικού. Είναι ενδιαφέρον ότι εδώ και πολύ καιρό υπάρχει υποψία ότι η σκλήρυνση IR προσφέρει επίσης μια βελτιωμένη ικανότητα απομάκρυνσης του πορώδους από ένα έλασμα εξαιτίας της δονητικής φύσης της μεταφοράς ενέργειας όταν φθάνει σε ένα υλικό, ωστόσο αυτό δεν αποτελεί μέρος του πεδίου αυτής της αρχικής έρευνας. Το αντικείμενο της παρούσας μελέτης είναι να ξεκινήσει η σύγκριση των δύο μεθόδων θεραπείας με σκοπό την κατασκευή αρχικών δεδομένων σχετικά με τις ιδιότητες των υλικών που προκύπτουν. Από την αρχή έγινε κατανοητό ότι αυτό δεν θα ήταν ένα εξαντλητικό πρόγραμμα δοκιμών.

Επιλογή κριτηρίων αξιολόγησης

Ένα ευρύ φάσμα μεθόδων θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση των φυσικών ιδιοτήτων που προκύπτουν από τις δύο μεθόδους σκλήρυνσης, ωστόσο, καθώς η κύρια λειτουργία της θέρμανσης είναι να ξεκινήσει η πολυμερική διασταύρωση, θα ήταν λογικό να επικεντρωθούν οι δοκιμές σε ιδιότητες που κυριαρχούνται από ρητίνη. Συνεπώς, επιλέχθηκαν οι δυναμικές μηχανικές αναλύσεις (DMA) και οι δοκιμές κάμψης στις κύριες μεθόδους της φυσικής δοκιμής των υλικών με επακόλουθη σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα δεδομένα που καταγράφηκαν κατά τη διάρκεια των θεραπειών. Ο έλεγχος DMA παρέχει μια καλή κατανόηση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (Tg) των πολυμερών και μια παρόμοια Tg δείχνει παρόμοιο βαθμό θεραπείας. Η δοκιμή κάμψης επιλέχθηκε ως μια απλή μέθοδος επαγωγής δυνάμεων εφελκυσμού, θλίψεως και διατμήσεως σε δείγματα και θα έδινε ένδειξη ως προς τη συμβολή της σκλήρυνσης στη φόρτωση πολλαπλών τρόπων. Η πλειονότητα των δοκιμών αξιολόγησης μήτρας σε σύνθετα υλικά είναι υποκειμενικά σε κάποιο βαθμό και δεν είναι πλήρως ποσοτικοποιήσιμα σε σχέση με τα αποτελέσματα μιας δοκιμής, επομένως, η ομοιότητα στη μέθοδο είναι ο κύριος τρόπος με τον οποίο μπορεί να γίνει μια σύγκριση.

Μέθοδος

Η προτεινόμενη οδός δοκιμής θα έδινε μια ένδειξη ως προς τις συγκρίσεις της IR σκλήρυνσης έναντι της Convective Curing και των ιδιοτήτων του προκύπτοντος υλικού. Η μέθοδος θα προσπαθούσε μόνο να παράσχει μια βασική σύγκριση και από την αρχή κατανοήθηκε ότι η ανάλυση δεν θα ήταν περιεκτική - απλώς ένα μέσο με το οποίο θα μπορούσε να ξεκινήσει μια ενημερωμένη συζήτηση. Η μέθοδος που εφαρμόστηκε ήταν:

1. Ελασματοποίηση δύο ινών άνθρακα / εποξειδικών πάνελ
2. Θεραπεία ενός πίνακα με IR
3. Θεραπεύστε ένα πάνελ χρησιμοποιώντας τη θερμότητα Convection
4. Δείγματα κοπής με νερό
5. Διεξάγετε δοκιμές δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA)
6. Εκτελέστε δοκιμές κάμψης
7. Αναλύστε τα αποτελέσματα

Παρασκευή φύλλων

Εργαλεία

Καθώς οι φυσικές δοκιμές απαιτούν επίπεδα δείγματα, κατασκευάστηκε ένα επίπεδο πάνελ χρησιμοποιώντας και τις δύο μεθόδους και το ίδιο εργαλείο. Μια πλάκα Invar πάχους 12mm χρησιμοποιήθηκε για δοκιμές με στόχο την αναπαραγωγή υλικών που χρησιμοποιούνται στην αεροναυπηγική βιομηχανία. Το σχήμα 2.1 δείχνει τα εργαλεία invar πριν από την πλαστικοποίηση.

Υλικό

Αυτή η μελέτη επεδίωξε να αναλύσει τη χρήση της IR σκλήρυνσης σε σύγκριση με τη συμβατική σκλήρυνση.

Σκοπός αυτής της μελέτης ήταν να αποδείξει ότι η σκλήρυνση IR μπορεί να προσφέρει πιθανές βελτιώσεις στην επεξεργασία σύνθετων υλικών υψηλής αξίας σε σύγκριση με τη θέρμανση μέσω μεταφοράς. Από το αυτόκλειστο (OOA) οι προ-προετοιμασίες είχαν στοχευθεί ως η εφαρμογή που πιθανότατα θα επωφεληθεί από αυτό.

Ένας αριθμός κοινών προετοιμασιών OOA περιγράφηκε ως δυνητικά υλικά που θα χρησιμοποιηθούν για το πρόγραμμα δοκιμών, όπως επισημαίνεται στον Πίνακα 2.1. Αυτός ο πίνακας δεν είναι εξαντλητικός αλλά παρουσιάζει ένα δείγμα των προεπεξεργασιών ωρίμανσης υψηλότερης θερμοκρασίας που είναι διαθέσιμοι για το OOA εφαρμογών.

Είναι διαθέσιμα πολλαπλά συστήματα προ-preg σκλήρυνσης 120 ° C για εφαρμογές OOA, ωστόσο μειώνεται σημαντικά ο αριθμός των διαθέσιμων συστημάτων προετοιμασίας που προετοιμάζονται στο 180 ° C. Τέτοιες προκατασκευές προορίζονται αποκλειστικά για αεροδιαστημικές εφαρμογές και έχουν επακόλουθη διαθεσιμότητα και ελάχιστες ποσότητες παραγγελίας που σημαίνει ότι πολλοί είναι ακατάλληλοι για δοκιμές μικρής κλίμακας. Θεωρήθηκε ότι ο 180 ° C θα ήταν μια πιο προκλητική θερμοκρασία για να επιτύχει ομοιομορφία της θερμοκρασίας μέσω των συστατικών από το 120 ° C και έτσι, εάν μπορεί να αποδειχθεί καλή εξισορρόπηση των θερμοκρασιών σε αυτή την τιμή, τότε οι χαμηλότερες θερμοκρασίες θα ήταν ακόμα πιο απλές. (Πράγματι, η ξήρανση 120 ° C έχει δοκιμαστεί από τότε και έχει αποδειχθεί εξαιρετικά ακριβής χρησιμοποιώντας IR θέρμανση παρόμοια με τις μεθόδους που περιγράφονται στην παρούσα έκθεση.)

Το Cytec MTM 44-1 επιλέχθηκε ως προ-προετοιμασία αυτού του έργου λόγω της υψηλής απόδοσης φύσης του και των τυπικών αεροδιαστημικών εφαρμογών. Επιπλέον, η Cytec πρόσφερε δείγμα στο έργο μέσω της Kemfast PASS και η Ceramicx είναι ευγνώμονες για αυτή τη γενναιοδωρία. Το pre-preg χορηγήθηκε σε ύφασμα twill σε 285g / m².

Lay-Up και De-bulking

Κάθε στρώση για τα προτεινόμενα ελάσματα κόπηκε με μέτρηση 250mm x 130mm και τοποθετήθηκε στο εργαλείο.

Τα πτερύγια 2 τοποθετήθηκαν αρχικά στο εργαλείο, ακολουθούμενο από ένα λεπτό 30 debulk. Τα 5 άλλα στρώματα τοποθετήθηκαν ακολουθούμενα από ένα λεπτό 30 debulk. Τα υπόλοιπα 7 στρώματα τοποθετήθηκαν στη συνέχεια (αναδιπλώθηκαν για να διατηρηθεί ένα ισορροπημένο ελασματοποιημένο υλικό) και ένα τελικό 30 λεπτό χαλίκι που πραγματοποιήθηκε πριν από την τελική σάρωση και σκλήρυνση.

Συσκευασία σακουλών

Η ακολουθία σάκκου κενού καθορίστηκε για να μεγιστοποιήσει την αποτελεσματικότητα της IR σκλήρυνσης. Καθώς το IR είναι μια κατευθυνόμενη ενέργεια, υπάρχουν απώλειες όταν τοποθετείται οποιοδήποτε στοιχείο μεταξύ της πηγής θερμότητας και του στοχευόμενου υλικού. Ως εκ τούτου, οι απώλειες οφείλονται σε σάκους κενού, ταινίες απελευθέρωσης, φύλλα φλούδας, υφάσματα αναπνευστήρα κλπ. Και πράγματι αυτό ισχύει για οποιαδήποτε μέθοδο σκλήρυνσης καθώς τέτοια υλικά δρουν ως μονωτές στην στοχευόμενη ρητίνη. Η Ceramicx έχει εκτενείς πληροφορίες για τις απομονωτικές επιδράσεις κάθε υλικού που χρησιμοποιείται στην επεξεργασία των σύνθετων υλικών, συμπεριλαμβανομένων των διακυμάνσεων στον κατασκευαστή, του χρώματος του προϊόντος, της ανοχής θερμοκρασίας κλπ. Κατά συνέπεια, αποφασίστηκε ότι η διάταξη θα χρησιμοποιεί αναπνοή ακμής με μόνο την ταινία απελευθέρωσης και το κενό τσάντα στη θέση του ανάμεσα στην πηγή θερμότητας και την προ-προετοιμασία. Βολικά, σε αυτή την περίπτωση, συνιστάται επίσης ένας μη διάτρητος φιλμ απελευθέρωσης από τον κατασκευαστή πριν από την προετοιμασία, αλλά αυτό δεν συμβαίνει πάντοτε.

Το έλασμα σφραγίστηκε με στεγανωτική ταινία καλυμμένη με μεμβράνη απελευθέρωσης που λειτουργούσε ως φράγμα άκρου που περιβάλλει την προ-προετοιμασία, όπως συνιστάται από τον κατασκευαστή πριν από την προετοιμασία. Το στρώμα αποφλοίωσης που λειτουργούσε ως μέσον αναπνοής ακμής υπερκαλύπτει το ελασματοποιημένο με 5mm και συνδέθηκε με ύφασμα αναπνευστήρα στην πηγή κενού.

Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν:

• Τσάντα κενού - Vac Innovation VACleaseR1.2
• Μη διάτρητη ταινία απελευθέρωσης - Vac Innovation VACleaseR1.2 • Απορροφητικό ύφασμα - Vac Innovation VACB4 πολυεστέρας
• Φλούδα - Νάιλον
• Στεγανωτική ταινία - Vac Innovation VACsealY-40

Το διάκενο για το σάκκο κενού κατασκευάστηκε όπως συνιστάται στο τεχνικό δελτίο του κατασκευαστή πριν από την προετοιμασία, ένα εκχύλισμα του οποίου φαίνεται στο σχήμα 2.2. Αυτό επαναλήφθηκε και για τις δύο μεθόδους για να εξασφαλιστεί συνέπεια.

Πρόγραμμα θεραπείας

Το στοχευόμενο πρόγραμμα θεραπείας για το MTM 44-1 μπορεί να δει στον Πίνακα 2.2. Μπορεί να φανεί ότι ο συνιστώμενος ρυθμός ράμπας είναι 1-2 ° C ανά λεπτό. Συνεπώς, το 1.5 ° C ανά λεπτό επιλέχθηκε ως μέση τιμή σε αυτό το εύρος.

Ρύθμιση σκλήρυνσης

Η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για τη θεραπεία των δειγμάτων IR χρησιμοποίησε έναν συνδυασμό κοίλων κεραμικών στοιχείων και αγωγών αλογόνου χαλαζία για να εξασφαλίσει τη βέλτιστη εξίσωση θερμοκρασίας μέσω του δείγματος ανθρακονών, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.3. Οι ακριβείς λεπτομέρειες αυτού του προγράμματος ωρίμανσης παραμένουν η πνευματική ιδιοκτησία της Ceramicx και συνεπώς δεν αποκαλύπτονται. Ωστόσο, οι γραφικές εξόδους των καταγραφόμενων θερμοκρασιών φαίνονται στο Σχήμα 3.1.

Το συμπαγές δείγμα σκληρύνθηκε σε ένα μικρό φούρνο μεταφοράς στο Πανεπιστήμιο Ulster και οι γραφικές εξόδους εμφανίζονται στο σχήμα 3.2. (p7)

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν κατά τη διάρκεια της έρευνας παρουσιάζονται λεπτομερώς στο παρόν τμήμα. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται για τη διαδικασία σκλήρυνσης στην ενότητα 3.1, τη δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA) στην ενότητα 3.2 και τη δοκιμή κάμψης στην ενότητα 3.3.

Θεραπεία

Το σχήμα 3.1 εμφανίζει το προφίλ θεραπείας που σχετίζεται με τον πίνακα IR και το σχήμα 3.2 δείχνει τις εγγραφές από το φούρνο μεταφοράς.
Το σχήμα 3.3 επικαλύπτει τις θερμοκρασίες υπερύθρων (εσωτερική που λαμβάνεται ως κατά προσέγγιση μέσος όρος και των δύο μετρήσεων) με τις μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες. Μπορεί σαφώς να σημειωθεί ότι υπάρχουν μεγάλες διαφορές στις μετρήσεις στο δείγμα της μεταφοράς λόγω της έμμεσης εφαρμογής θερμότητας σε σύγκριση με το IR.

Δοκιμή DMA

Η δοκιμή δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA) χρησιμοποιείται τακτικά για να χαρακτηρίσει το προφίλ των πολυμερών όταν υποβάλλονται σε θερμότητα και φορτίο.

Η δοκιμή διεξήχθη σύμφωνα με την ASTM D7028-07 'Θερμοκρασία Μετάπτωσης Γυαλιού (DMA Tg) των Πολυμερών Συνθετικών Matrix με Δυναμική Μηχανική Ανάλυση (DMA). Το μηχάνημα που χρησιμοποιήθηκε ήταν το TA Instruments Q800, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.4. Ο Πίνακας 3.1 επισημαίνει τις βασικές συνθήκες δοκιμής που έγιναν στη Μηχανή Q800 DMA της TA Instruments QXNUMX.

Το σχήμα 3.5 εμφανίζει μια γραφική παράσταση των τυπικών αποτελεσμάτων DMA, όπου η καμπύλη αποθήκευσης Modulus (E ') μπορεί να δει πράσινη, το Module Απώλειας σε μπλε χρώμα και το Tan Delta με κόκκινο χρώμα. Στη συνέχεια, ο πίνακας 3.2 εμφανίζει τις αριθμητικές εξόδους από την ανάλυση, με αριθμούς Tg που αναφέρθηκαν από την έναρξη της αποθήκευσης και την κορυφή του Tan Delta.

Δοκιμή κάμψης

Η 3 κάμψη σημείων (3PB) σύμφωνα με την πρότυπη μέθοδο δοκιμασίας ASTM D7264 για τις ιδιότητες κάμψης των σύνθετων υλικών πολυμερούς μήτρας αναλήφθηκε για να προσδιορίσει τις βασικές φυσικές ιδιότητες των σκληρυνθέντων ειδών. Ο έλεγχος διεξήχθη στο Ulster University χρησιμοποιώντας ένα Instron 5500R. Ένα παράδειγμα της ρύθμισης πριν από τη δοκιμή μπορεί να δει στο Σχήμα 3.6.

Τα δεδομένα που παράγονται από τα δείγματα 5 των Convective curried σύνθετων υλικών και τα δείγματα 5 του σύνθετου στρώματος IR συντέθηκαν σε μια καμπύλη Stress - Strain και μπορούν να φανούν στα Σχήματα 3.2 και 3.3 αντίστοιχα. (p7)

Μετά από ανάλυση, τα δεδομένα διηθήθηκαν για τον υπολογισμό του συντελεστή από το ευθύγραμμο τμήμα της καμπύλης Stress-Strain. Η κλίση της καμπύλης εξήχθη μεταξύ των 150MPa και 500MPa. Ο πίνακας 3.1 εμφανίζει το στέλεχος και το στρεβλωτικό άγχος και για τις δύο μεθόδους.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι υπήρχαν ελάχιστες διαφορές μεταξύ των δειγμάτων που πιθανόν να ήταν η αιτία αυτών των αποκλίσεων και αναλύονται λεπτομερέστερα στο τμήμα 4.0.

Τα σπασμένα δείγματα φαίνονται στο Σχήμα 3.9.

Ερωτήσεις - Συζήτηση

Προφίλ θερμικής ακρίβειας

Από το σχήμα 3.3, μπορεί να φανεί ότι υπήρχαν αξιοσημείωτες διαφορές στα προγράμματα θεραπείας που αναμφίβολα οδήγησαν στις διαφορές στις φυσικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, το μεταφορικό δείγμα παρέμεινε στο φούρνο 70 λεπτά μεγαλύτερο από το δείγμα IR και έχει προφανείς επιδράσεις όχι μόνο στον συνολικό χρόνο επεξεργασίας, αλλά και σε ιδιότητες όπως το κλάσμα όγκου ινών (FVF) και Tg. Επιπλέον, στο θερμοσυγκολλητικό δείγμα, το θερμοστοιχείο τοποθετήθηκε μέσα στον σάκκο στο πλάι του εργαλείου και ενδεχομένως μπορεί να έχει ελαφρώς μονωθεί από τον αναπνευστήρα, οδηγώντας σε υψηλότερες θερμοκρασίες (π.χ. στους 180 ° C) για ελαφρώς μεγαλύτερο διάστημα από τα δεδομένα υποδεικνύει - και πάλι αυτό θα μπορούσε να επηρεάσει τιμές όπως η Tg.

Μεταφορά ως μέθοδος Fit & Forget

Οι μηχανικοί τείνουν να επισημαίνουν τους φούρνους μεταφοράς ως τεχνολογία "ταιριάζουν και ξεχνούν" όπου οποιαδήποτε ρητίνη θα μπορούσε να θεραπευτεί αποτελεσματικά. Ενώ αυτό είναι αλήθεια σε κάποιο βαθμό, είναι πολύ σαφές ότι το προτεινόμενο προφίλ θεραπείας δεν είναι το ίδιο με το προφίλ θεραπείας που βιώνει το μέρος, όπως φαίνεται από το Σχήμα 3.3 Η σκλήρυνση υπερύθρων έδειξε πολύ καλή ακρίβεια στον έλεγχο θερμοκρασιών κάτω από το έλασμα (δηλαδή πάνω στο εργαλείο), στη μέση του ελασματοποιημένου φύλλου και στην πάνω επιφάνεια. Εντυπωσιακά, αυτό ήταν με μια γρήγορη ρύθμιση και σίγουρα συμβάλλει στην αποσύνδεση της ψευδαίσθησης ότι τα σύνθετα συστατικά μπορούν να ωριμάσουν εύκολα σε φούρνο μεταφοράς.

Αναμφισβήτητα, οι διακυμάνσεις που παρατηρήθηκαν στο φούρνο μεταφοράς θα μπορούσαν να περιοριστούν και να καταγραφεί ένα πιο αντιπροσωπευτικό προφίλ θεραπείας, αλλά θα υπήρχαν ακόμη αντισταθμίσεις για προγραμματισμό και σημαντικές καθυστερήσεις σε σύγκριση με την επεξεργασία IR. Η IR σκλήρυνση έχει πολύ ταχύτερη απόκριση σε αυτές τις διακυμάνσεις καθώς είναι μια μέθοδος άμεσης θέρμανσης, μειώνοντας έτσι το συνολικό χρόνο επεξεργασίας και την ενέργεια που χρησιμοποιείται.

Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι σημαντικά ταχύτερα ποσοστά θέρμανσης θα μπορούσαν να επιτευχθούν με IR παρά με τη μεταφορά και είναι περιορισμένα σε αυτή τη μελέτη με το συνιστώμενο ρυθμό για την απομάκρυνση κενών από τον κατασκευαστή προ-preg. Το Ceramicx έχει στοιχεία σχετικά με τους ρυθμούς θέρμανσης για διάφορα υλικά εξοπλισμού αεροδιαστημικής και είναι τάξεις μεγέθους μεγαλύτερα από τα συνιστώμενα ποσοστά για αυτό το σύστημα ρητίνης.

Εξώθερμο

Ο έλεγχος της εξώθερμης αντίδρασης είναι ένα άλλο δυνητικά χρήσιμο χαρακτηριστικό στη χρήση του IR σε σύνθετα σκλήρυνσης. Κατά τη χρήση πυρομέτρων στην επιφάνεια του σύνθετου υλικού για τον έλεγχο των θερμοκρασιών σκλήρυνσης, οι θερμαντήρες αλογόνου χαλαζία μπορούν να απενεργοποιήσουν ή να περιορίσουν γρήγορα την ισχύ σε περίπτωση εξώθερμης αντίδρασης της ρητίνης αυξάνοντας τη θερμοκρασία σκλήρυνσης πέρα ​​από το συνιστώμενο πρόγραμμα θεραπείας. Αυτό θα ήταν σημαντικά ταχύτερο από οποιαδήποτε μείωση της θερμοκρασίας που θα μπορούσε να επιτευχθεί με έναν κλίβανο μεταφοράς, ωστόσο το αποτέλεσμα είναι άγνωστο σε αυτή τη δοκιμή.

Ρητίνη Περιεχόμενο

Μετά τη σκλήρυνση και των δύο πάνελ, θα μπορούσε να φανεί σαφώς ότι από το δείγμα που σκληρύνθηκε στον κλίβανο μεταφοράς μεταφέρθηκε πάρα πολύ ρητίνη, παρά το γεγονός ότι αμφότερα τα ελάσματα διαχωρίστηκαν και συσκευάστηκαν με τον ίδιο τρόπο, με στερεή μεμβράνη απελευθέρωσης και αναπνοή ελεγχόμενης άκρης χρησιμοποιώντας φλούδα Εφαρμόστε και αναπνέετε. Το προκύπτον φύλλο ξηράνσεως από τον φούρνο θερμάνσεως πιθανόν οφείλεται σε διαφορετικά χαρακτηριστικά ροής κατά τη διάρκεια της φάσης θερμάνσεως της σκλήρυνσης. Αν και δεν έχουν πραγματοποιηθεί συνομιλίες με τον κατασκευαστή πριν από την προετοιμασία, είναι πιθανό η ροή ρητίνης να είναι κρίσιμη κατά τη διάρκεια της φάσης θέρμανσης σε 130 ° C πριν από την επίσκεψη της 2 ώρας σε αυτή τη θερμοκρασία. Ο ανεπαρκής έλεγχος του κλιβάνου με μετατόπιση εμποδίζει την ικανότητα ελέγχου της ρητίνης σε αμφότερα τα ελάσματα και συνεπώς τα υψηλότερα επίπεδα πορώδους που φαίνονται στο Σχήμα 4.1

Θερμοκρασία μετάβασης DMA και γυαλιού

Σύγκριση Tg σε δείγματα IR & Convection

Η μέση Tg που επιτυγχάνεται με δείγματα IR ήταν 175 ° C και 182 ° C με δείγματα μεταφοράς. Παρόλο που μια χαμηλότερη Tg σε αυτό το πείραμα θα μπορούσε να υποδεικνύει μια ατελή θεραπεία, είναι πολύ απίθανο να ληφθούν υπόψη οι μετρηθείσες θερμοκρασίες εντός της εγκατάστασης IR. Ως εκ τούτου, θα μπορούσε να δηλωθεί με βεβαιότητα ότι αυτή η διαφορά οφείλεται στον εκτεταμένο χρόνο ωρίμανσης του φούρνου που συνδέεται με το μεταφορικό δείγμα και τις θερμοκρασίες διοχέτευσης μέσα σε αυτό. Όπως σημειώνεται στην Ενότητα 4.1, ο χρόνος ωρίμανσης για το δείγμα μεταφοράς ήταν 70 λεπτά μεγαλύτερο από το IR και είναι γνωστό ότι η Tg επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και τη διάρκεια της σκλήρυνσης σε αυτή τη θερμοκρασία σκλήρυνσης, επομένως η διαφορά 7 ° C μπορεί σαφώς να ληφθεί υπόψη. Επιπλέον, ο μικρός χρόνος μεταξύ της κοπής με ψεκασμό με νερό και των ενδεχομένως εγγενών επιπέδων υγρασίας θα μπορούσε εύκολα να αποδώσει την παραλλαγή των δειγμάτων. Τυπικά, για τα δείγματα θα χρησιμοποιηθεί διαδικασία ξήρανσης 48, αλλά αυτό δεν έγινε για αυτά τα δείγματα, όπως περιγράφεται στο 4.3.2.

Διαφορά μέτρησης Tg και φύλλου δεδομένων Tg

Το φύλλο δεδομένων MTM 44-1 ορίζει ότι το ξηρό Tg στην αρχή E είναι 190 ° C και από τις συζητήσεις με την Cytec, αυτή η συγκεκριμένη παρτίδα κατανοήθηκε ότι είναι 194 ° C. Τα δείγματα που θεραπεύτηκαν στο πλαίσιο αυτής της πειραματικής αναφοράς έφτασαν κατά μέσο όρο 175 ° C (IR) και 182 ° C (Convection) που είναι ακόμα χαμηλότερα από το 190 ° C αναφοράς. Παρ 'όλα αυτά, αυτό δεν θεωρείται θέμα, καθώς είναι γνωστό ότι πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη θερμοκρασία υαλώδους μεταπτώσεως εντός της δοκιμής DMA. Γίνεται κατανοητό ότι η μέθοδος Cytec αναφοράς SACMA SRM 18R-94 για ανάλυση DMA που εννοείται ότι υποδηλώνει ρυθμό θέρμανσης 5 ° C / min - ο ρυθμός θέρμανσης που χρησιμοποιείται επίσης σε αυτή τη μέθοδο. Ως εκ τούτου, πρωτογενείς διαφορές μπορεί να προέκυψαν από την έλλειψη κλιματισμού των δειγμάτων. Τα δείγματα δεν κλιμακώθηκαν όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, καθώς πρόκειται κυρίως για συγκριτική μελέτη. Συνήθως, αυτό μπορεί να πάρει 48 ώρες σε ένα ζεστό, ξηρό περιβάλλον και είναι ευρέως γνωστό ότι η υγρασία μπορεί να μειώσει το Tg των σύνθετων υλικών. Μια μικρή διαφορά στη μάζα παρατηρήθηκε σε όλα τα δείγματα μετά από τη δοκιμή (περίπου 0.12 - 0.15%) και δεν είναι σαφές εάν αυτό θα είχε μια τόσο σημαντική αλλαγή από την αναφερόμενη τιμή φύλλου δεδομένων.

Διαφορές από τον έλεγχο DMA

Οποιαδήποτε αξιοσημείωτη παράλειψη από τη διαδικασία που απαιτείται για το ASTM D7028 θα πρέπει να σημειωθεί και ως εκ τούτου είναι σημαντικό να αναγνωριστεί μια απόκλιση από το τμήμα 10, "Conditioning" των δειγμάτων. Η συνιστώμενη διαδικασία είναι να συντηρηθούν έως και 48 ώρες, στη συνέχεια σφραγίστε δείγματα σε ένα δοχείο ανθεκτικό στην υγρασία. Δεδομένου ότι ο στόχος αυτής της ανάλυσης ήταν να παράσχει συγκριτικά αποτελέσματα αντί για απόλυτα αποτελέσματα, αυτό δεν κρίθηκε απαραίτητο. Τα δείγματα κόπηκαν με εκτόξευση νερού, ξηράνθηκαν με το χέρι και στη συνέχεια αφέθηκαν να στεγνώσουν σε μια θερμή ηλιόλουστη περιοχή για ώρες 3. Τα δείγματα ζυγίστηκαν πριν και μετά από τις δοκιμές όπως συνιστώνται, στη συνέχεια ένα δείγμα από κάθε παρτίδα δοκιμάστηκε με τρόπο μεταβολής, έτσι ώστε τα αποτελέσματα της υγρασίας από το περιβάλλον περιβάλλον να μοιράζονται στα αποτελέσματα. Διαπιστώθηκε μια διαφορά του 0.006g πριν και μετά τη δοκιμή των δειγμάτων, αλλά αυτή η παραλλαγή λήφθηκε σε σύντομο χρονικό διάστημα, σε αντίθεση με τις συνιστώμενες ώρες συντήρησης 48.

Δοκιμή κάμψης

Από τον πίνακα 3.1, μπορεί να φανεί ότι υπάρχουν διαφορές στο μέτρο και τη δύναμη μεταξύ των δύο παρτίδων δειγμάτων. Το μέτρο είναι υψηλότερο στα συνθετικά δείγματα κατά μέσο όρο 3.8GPa. Αν και αυτό δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί με τον προμηθευτή υλικών, είναι πιθανό να οφείλεται στον αυξημένο χρόνο σε υψηλές θερμοκρασίες όπως αναλύεται στο κεφάλαιο 4.3.

Είναι ευρέως γνωστό ότι τα επίπεδα πορώδους μπορούν να έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στην απόδοση των σύνθετων υλικών, ιδιαιτέρως εκείνων των ιδιοτήτων που είναι κυριαρχούμενες από μήτρα / εκτός άξονα, όπως δοκιμές κάμψης, (αν και οι επιπτώσεις θα μπορούσαν ενδεχομένως να περιοριστούν από το χρησιμοποιούμενο υφαντό υλικό). Ως εκ τούτου, υψηλότερα επίπεδα πορώδους είναι πιθανό να συνέβαλαν στη χαμηλότερη αντοχή των συνθετικών δειγμάτων με μια μέση μείωση του 57MPa.

Λαμβάνοντας υπόψη όλες αυτές τις πτυχές, οι διαφορές μεταξύ των δειγμάτων είναι πιθανόν να είναι ελάχιστες ή ανύπαρκτες εάν πραγματοποιηθεί ακριβής σύγκριση όπου τα ποσοστά θέρμανσης των συστατικών είναι πανομοιότυπα.

Διαφορετικές δοκιμές κάμψης

Υπήρξαν μικρές μεταβολές στο εύρος στήριξης κατά τη διάρκεια της δοκιμής και των δύο παρτίδων από μια αναλογία εύρους / πάχους 32 για τα μεταφορικά δείγματα σε 30.8 για τα δείγματα IR. Αυτό θα οδηγούσε σε μικρή μείωση της αντοχής σε κάμψη για τα δείγματα IR, ωστόσο το αποτέλεσμα είναι μικρό και η αντοχή στην κάμψη για τα δείγματα IR θα εξακολουθούσε να είναι σημαντικά υψηλότερη. Πράγματι, η υψηλότερη περιεκτικότητα σε ρητίνη των IR δειγμάτων οδήγησε σε μεγαλύτερο αριθμό ρηχών κορυφών ρητίνης στην επιφάνεια και επομένως σε ένα δυνητικά μεγαλύτερο μετρούμενο πάχος (με δαγκάνες Vernier) από αυτό που αντιπροσωπεύεται στα δείγματα συνήθειας στεγνωτήρα. Ως αποτέλεσμα, αυτό το αυξημένο πάχος θα μπορούσε να μειώσει ελαφρώς την αντοχή στην κάμψη και το συντελεστή ελαφρότητας (όπως τετράγωνο στον υπολογισμό της τάσης) και να το φέρει πολύ κοντά στα συμπαγή δείγματα.

συμπεράσματα

Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από αυτή τη μελέτη είναι τα εξής:

• Μια σύγκριση όσον αφορά τις ιδιότητες των υλικών μπορεί να αποδειχθεί μεταξύ της IR και της σκλήρυνσης της μεταφοράς καθώς οι μικρές διαφορές στο πλαίσιο αυτής της δοκιμής μπορούν να ληφθούν υπόψη:
• Παρόλο που το Tg και το Flexural Modulus των Convective δειγμάτων είναι υψηλότερο (μέσος όρος 7.36 ° C και 3.72GPa), αυτό οφείλεται πιθανώς σε παρατεταμένο χρόνο σε αυξημένη θερμοκρασία σε σύγκριση με το δείγμα IR και πιθανές μεταβολές υγρασίας στα δείγματα.
• Αν και η αντοχή σε κάμψη των δειγμάτων IR είναι υψηλότερη (μέση τιμή 57MPa), αυτό οφείλεται πιθανώς σε υψηλότερο επίπεδο κενών στα συγκριτικά δείγματα Convection.
• Η σκλήρυνση υπερύθρων έδειξε την ικανότητα να ελέγχει με ακρίβεια τις θερμοκρασίες εντός ενός πολυστρωματικού τεμαχίου ανθρακικής ίνας τύπου OOA με πάχος περίπου 4.5mm.
• Έχει αποδειχθεί ότι η θεραπεία με φούρνο μεταφοράς δεν είναι μέθοδος προσαρμογής και ξεχνάμε ότι οι προγραμματισμένοι ρυθμοί θέρμανσης δεν είναι αντιπροσωπευτικοί της ταχύτητας θέρμανσης που βιώνει το μέρος. Η ικανότητα του IR να ανταποκρίνεται γρήγορα στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας εξασφαλίζει μια πολύ βελτιωμένη ικανότητα να ταιριάζει με τη θερμοκρασία του μέρους σε επιθυμητή θερμοκρασία.

Αποποίηση ευθυνών

Αυτές οι πληροφορίες βασίζονται σε τεχνικά δεδομένα που η Ceramicx θεωρεί αξιόπιστα αυτή τη στιγμή. Υπόκειται σε αναθεώρηση, καθώς αποκτώνται πρόσθετες γνώσεις και εμπειρία. Η Ceramicx δεν φέρει καμία ευθύνη για την ακρίβεια, την πληρότητα ή τη χρήση τρίτου μέρους ή τα αποτελέσματα οποιασδήποτε πληροφορίας, συσκευής, προϊόντος ή διαδικασίας που αποκαλύπτεται.