การเปรียบเทียบการใช้เครื่องทำความร้อนแบบพาความร้อนและการให้ความร้อนแบบอินฟาเรดในการอบตัวด้วยคอมโพสิตของคาร์บอนไฟเบอร์

การเปรียบเทียบการใช้เครื่องทำความร้อนแบบพาความร้อนและการให้ความร้อนแบบอินฟาเรดในการอบตัวด้วยคอมโพสิตของคาร์บอนไฟเบอร์

สรุป

บทความนี้อธิบายถึงการสืบสวนอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับการเปรียบเทียบระหว่างเตาอบการพาความร้อนแบบดั้งเดิมและการติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบอินฟราเรด (IR) ใหม่เมื่อนำไปใช้กับการบ่มของคาร์บอนไฟเบอร์ / อีพ็อกซี่ลามิเนต แผงคาร์บอนไฟเบอร์เกรดการบินและอวกาศสองตัวถูกรักษาให้หายขาดหนึ่งแผงใช้ความร้อนจาก IR และอีกแผงหนึ่งมีเตาอบพาความร้อน โปรไฟล์การรักษา IR ปฏิบัติตามตารางเวลาการรักษาที่ตั้งใจไว้อย่างถูกต้องมากกว่าการรักษาด้วยการพาความร้อนที่มีการควบคุมอุณหภูมิที่ดีผ่านความหนาแสดงให้เห็นว่าการรักษาเตาอบการพาความร้อนมาตรฐานไม่เหมาะสมและลืมกระบวนการตามปกติ ตัวอย่างถูกตัดด้วยวอเตอร์เจ็ทและประเมินผลโดยใช้การวิเคราะห์ทางกลแบบไดนามิกและการทดสอบการดัดงอเพื่อเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกายภาพ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้วและโมดูลัสดัดโค้งของตัวอย่างที่บ่มด้วยการพาความร้อนสูงขึ้น (เฉลี่ย 7.36 ° C และ 3.72GPa ตามลำดับ): เสนอว่านี่เป็นเพราะระยะเวลาการรักษานานขึ้นของวิธีการพาความร้อน (เพิ่มเติม 70 นาที) และอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความชื้นในตัวอย่างระหว่างการทดสอบ ความต้านทานแรงดัดงอของตัวอย่าง IR สูงกว่าค่าเฉลี่ย 57MPa เนื่องจากระดับความพรุนสูงในตัวอย่างการพาความร้อนอีกครั้งเนื่องจากช่วงเวลาที่ยืดตัวของความหนืดเรซิ่นต่ำซึ่งเกี่ยวข้องกับการควบคุมที่ไม่ดีในเตาอบการพาความร้อน IR ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่ดีมากในการควบคุมการรักษาคอมโพสิตของคาร์บอนไฟเบอร์ได้อย่างแม่นยำ

Ceramicx ขอขอบคุณ Kemfast PASS และ Cytec ที่ให้ข้อมูลสำหรับการทดสอบนี้

บทนำ

ความต้องการที่จะย้ายออกไปจากข้อเสียที่มีการบันทึกไว้อย่างกว้างขวางของการใช้หม้อนึ่งความดันสำหรับการบ่มคอมโพสิตเรซินได้เห็นการมุ่งเน้นที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับวิธีการและวัสดุ autoclave (OOA) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการบิน จนถึงปัจจุบันระบบ OOA เรซินส่วนใหญ่ใช้เตาอบพาความร้อนบางรูปแบบสำหรับการบ่มและการบรรลุคุณสมบัติของวัสดุที่ต้องการ ภาพลวงตาของวิธีการดังกล่าวคือนี่เป็นเทคนิค 'พอดีและลืม' ซึ่งอัตราการเล่นและอุณหภูมิการรักษาที่ต้องการถูกตั้งโปรแกรมไว้ในคอนโทรลเลอร์และกระบวนการเสร็จสมบูรณ์

วิศวกรหลายคนควบคุมจากเทอร์โมคัปเปิลที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนซึ่งมักจะตั้งอยู่ใต้ส่วนหรือยากต่อความร้อนพื้นที่และการอ่านนี้มีแนวโน้มที่จะแตกต่างจากอุณหภูมิอากาศอุณหภูมิบนพื้นผิวของวัสดุและอุณหภูมิที่ตั้งตลอดความหนาของชิ้นงาน ในขณะที่อุณหภูมิที่อยู่อาศัยในที่สุดของเทอร์โมคัปเปิลที่ปกคลุมด้วยวัตถุฉนวนนี้ในส่วนที่สามารถไปถึงอุณหภูมิการรักษาที่ต้องการอัตราการทำความร้อนที่ชิ้นส่วนนั้นได้รับการสัมผัสมีแนวโน้มที่จะแตกต่างจาก การเบี่ยงเบนเหล่านี้อาจส่งผลให้เวลาไหลเรซิ่นมากเกินไป / ไม่เพียงพอทำให้ลามิเนตแห้ง) หรือเวลามากเกินไป / ไม่เพียงพอที่อุณหภูมิการรักษา เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้ตารางการรักษามักจะถูกปรับแต่งตามวัสดุ / มวลชิ้นส่วนวัสดุเครื่องมือ / มวลและการเตรียมบรรจุถุงและชุดปิดที่สร้างไว้ในระบบ ในขณะที่นี่เป็นวิธีที่ยอมรับได้อย่างสมบูรณ์แบบเพื่อให้ได้การรักษาที่ดี แต่ก็อาจต้องใช้เวลาในการพัฒนา

การบ่มอินฟาเรด (IR) ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วและแม่นยำกับวัสดุที่หลากหลายโดยใช้พลังงานในการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานเป้าหมายโดยตรงและ จำกัด ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน แม้ว่าการบ่มด้วยแสงอินฟราเรดจะต้องมีงานเริ่มแรกในการตั้งค่าพารามิเตอร์ของกระบวนการ แต่ก็มีข้อสมมติฐานว่านี่ไม่แตกต่างจากการควบคุมการบ่มแบบไหลเวียนที่ถูกต้องตามที่แนะนำข้างต้น การศึกษาครั้งนี้จึงพยายามที่จะเปรียบเทียบการใช้การพาและ IR ในการบ่มของคาร์บอนไฟเบอร์ OOA / อีพ็อกซี่ลามิเนต ที่น่าสนใจเป็นที่สงสัยกันมานานแล้วว่าการบ่มด้วยแสงอินฟราเรดยังช่วยเพิ่มความสามารถในการขจัดความพรุนจากลามิเนตเนื่องจากลักษณะการสั่นสะเทือนของการถ่ายโอนพลังงานเมื่อมาถึงวัสดุอย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของขอบเขตของการสอบสวนเบื้องต้นนี้ ขอบเขตของการศึกษานี้คือการเริ่มต้นการเปรียบเทียบทั้งสองวิธีของการบ่มด้วยมุมมองในการสร้างข้อมูลเริ่มต้นเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุผลลัพธ์ เป็นที่เข้าใจกันตั้งแต่เริ่มแรกว่านี่จะไม่ใช่ตารางการทดสอบที่ละเอียดถี่ถ้วน

การเลือกเกณฑ์การประเมินผล

วิธีการที่หลากหลายสามารถใช้ในการประเมินคุณสมบัติทางกายภาพที่เกิดจากวิธีการบ่มสองวิธีอย่างไรก็ตามเนื่องจากหน้าที่หลักของการให้ความร้อนคือการเริ่มต้นการเชื่อมโยงของพอลิเมอร์ ดังนั้นการวิเคราะห์ทางกลแบบไดนามิก (DMA) และการทดสอบการดัดงอได้ถูกเลือกในวิธีการหลักของการทดสอบทางกายภาพของวัสดุด้วยการเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ตามมากับข้อมูลที่บันทึกไว้ในระหว่างการรักษา การทดสอบ DMA ให้ความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้ว (Tg) ของพอลิเมอร์และ Tg ที่คล้ายกันจะบ่งบอกถึงระดับการรักษาที่ใกล้เคียงกัน การทดสอบแรงดัดงอถูกเลือกให้เป็นวิธีการง่ายๆในการเหนี่ยวนำแรงดึงแรงอัดและแรงเฉือนให้เป็นชิ้นตัวอย่างและจะให้ข้อบ่งชี้ถึงการมีส่วนร่วมในการรักษาเพื่อการโหลดแบบหลายโหมด การทดสอบการประเมินเมทริกซ์ส่วนใหญ่ในคอมโพสิตนั้นอยู่ในระดับหนึ่งและไม่สามารถวัดปริมาณได้อย่างเต็มที่เมื่อเทียบกับผลลัพธ์ของการทดสอบดังนั้นความคล้ายคลึงกันในวิธีการจึงเป็นวิธีการหลักที่สามารถทำการเปรียบเทียบได้

วิธี

เส้นทางการทดสอบที่เสนอจะเป็นตัวบ่งชี้ถึงการเปรียบเทียบ IR curing กับ Convective Curing และคุณสมบัติของวัสดุที่ได้ วิธีการดังกล่าวจะพยายามเปรียบเทียบขั้นพื้นฐานเท่านั้นและเป็นที่เข้าใจกันตั้งแต่เริ่มต้นว่าการวิเคราะห์จะไม่ครอบคลุม - เป็นเพียงวิธีการในการอภิปรายที่ได้รับข้อมูล วิธีการดำเนินการคือ:

1. แผ่นลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์ / อีพ็อกซี่สองแผ่น
2. รักษาหนึ่งแผงโดยใช้ IR
3. รักษาหนึ่งแผงโดยใช้การพาความร้อน
4. ชิ้นงานตัดดำน้ำ
5. ดำเนินการทดสอบการวิเคราะห์ทางกลแบบไดนามิก (DMA)
6. ทำการทดสอบแรงดัดงอ
7. วิเคราะห์ผลลัพธ์

การเตรียมลามิเนต

การขับรถ

เนื่องจากการทดสอบทางกายภาพจำเป็นต้องมีชิ้นงานทดสอบแบบเรียบแบนจึงผลิตโดยใช้ทั้งวิธีการและเครื่องมือเดียวกัน แผ่น Invar หนา 12 มม. ใช้สำหรับการทดสอบโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อจำลองวัสดุที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ รูปที่ 2.1 แสดงเครื่องมือ invar ก่อนเคลือบบัตร

วัสดุ

การศึกษาครั้งนี้พยายามวิเคราะห์การใช้ IR curing เมื่อเปรียบเทียบกับการรักษาด้วยการพาความร้อน

วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้เพื่อพิสูจน์ว่าการบ่มแบบ IR สามารถเสนอการปรับปรุงที่มีศักยภาพในการประมวลผลของคอมโพสิตที่มีมูลค่าสูงเมื่อเปรียบเทียบกับการทำความร้อนแบบพาความร้อน pre-pregs แบบไม่ใช้ออโต้เคลฟ (OOA) ได้รับการกำหนดเป้าหมายเป็นแอปพลิเคชันที่น่าจะได้รับประโยชน์จากสิ่งนี้มากที่สุด

จำนวน pre-pregs ทั่วไปของ OOA ถูกระบุไว้สั้น ๆ ว่าเป็นวัสดุที่มีศักยภาพที่จะใช้สำหรับโปรแกรมทดสอบตามที่เน้นไว้ในตารางที่ 2.1 ตารางนี้ไม่ครบถ้วนสมบูรณ์ แต่แสดงตัวอย่างของ pre-pregs ที่บ่มที่อุณหภูมิสูงกว่าซึ่งมีอยู่สำหรับ OOA การใช้งาน

ระบบ pre-preg สำหรับการบ่ม 120 ° C หลายตัวสามารถใช้งานได้กับแอปพลิเคชัน OOA อย่างไรก็ตามจำนวนของระบบ pre-preg ที่พร้อมใช้งานที่บ่มที่อุณหภูมิ 180 ° C จะลดลงอย่างมาก พรี pregs ดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะสงวนไว้สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและมีความพร้อมที่ตามมาและปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำซึ่งหมายความว่าหลายคนไม่เหมาะสมสำหรับการทดสอบขนาดเล็ก มันถูกตั้งสมมติฐานว่า 180 ° C จะเป็นอุณหภูมิที่ท้าทายยิ่งกว่าเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่สม่ำเสมอผ่านส่วนประกอบมากกว่า 120 ° C ดังนั้นหากการพิสูจน์ความเท่าเทียมกันของอุณหภูมิที่ดีสามารถพิสูจน์ได้ที่ค่านี้อุณหภูมิที่ต่ำกว่าก็จะยิ่งตรงไปข้างหน้า (อันที่จริงแล้วการบ่ม 120 ° C นั้นผ่านการทดสอบและพิสูจน์แล้วว่ามีความแม่นยำสูงโดยใช้การให้ความร้อนแบบ IR คล้ายกับวิธีที่อธิบายไว้ในรายงานนี้)

Cytec MTM 44-1 ได้รับเลือกให้เป็น preg สำหรับโครงการนี้เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและการใช้งานในอากาศยานทั่วไป นอกจากนี้ไซเทคยังเสนอวัสดุตัวอย่างให้กับโครงการผ่าน Kemfast PASS และ Ceramicx ขอบคุณสำหรับความเอื้ออาทรนี้ พรี - พรีมีให้ในการทอลายทแยงที่ 285 กรัม / เมตร².

Lay-Up และ De-bulking

แต่ละชั้นสำหรับลามิเนตที่เสนอถูกตัดขนาด 250 มม. x 130 มม. แล้ววางไว้บนเครื่องมือ

2 plies ถูกวางไว้บนเครื่องมือในขั้นต้นตามด้วย debulk 30 นาที 5 plies เพิ่มเติมถูกวางไว้ตาม debulk 30 นาที ส่วนที่เหลืออีก 7 plies ถูกวางลง (พลิกเพื่อรักษาลามิเนตที่สมดุล) และ debulk 30 นาทีสุดท้ายดำเนินการก่อนที่จะบรรจุถุงสุดท้ายและการบ่ม

การเลย์เอาต์

ลำดับการบรรจุถุงสูญญากาศถูกกำหนดไว้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรักษา IR เนื่องจาก IR เป็นพลังงานทิศทางการสูญเสียจึงเกิดขึ้นเมื่อมีรายการใด ๆ วางอยู่ระหว่างแหล่งความร้อนและวัสดุเป้าหมาย ดังนั้นการสูญเสียเกิดขึ้นเนื่องจากถุงสูญญากาศ, ปล่อยภาพยนตร์, ปอกเปลือก, ผ้ามีชีวิต ฯลฯ และแน่นอนนี้เป็นความจริงสำหรับวิธีการบ่มใด ๆ ที่เป็นวัสดุดังกล่าวทำหน้าที่เป็นฉนวนกับเรซิ่นเป้าหมาย Ceramicx มีข้อมูลที่กว้างขวางในผลกระทบที่เป็นฉนวนของวัสดุแต่ละชนิดที่ใช้ในการประมวลผลคอมโพสิตรวมถึงความแปรปรวนในผู้ผลิตสีของผลิตภัณฑ์ความทนทานต่ออุณหภูมิและอื่น ๆ ดังนั้นจึงมีการตัดสินใจว่า วางกระเป๋าไว้ใกล้แหล่งความร้อนและ pre-preg สิ่งอำนวยความสะดวกในกรณีนี้แนะนำให้ปล่อยฟิล์มแบบไม่เจาะรูโดยผู้ผลิต pre-preg แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป

ลามิเนตถูกปิดผนึกด้วยเทปกาวที่ปิดผนึกในฟิล์มที่ปล่อยออกมาซึ่งทำหน้าที่เป็นเขื่อนที่ล้อมรอบ pre-preg ตามคำแนะนำของผู้ผลิต pre-preg Peel-ply ทำหน้าที่เป็นตัวกลางหายใจขอบซ้อนทับลามิเนต 5 มม. และเชื่อมต่อผ่านผ้าที่มีชีวิตไปยังแหล่งสูญญากาศ

วัสดุที่ใช้คือ:

•ถุงสูญญากาศ - Vac นวัตกรรม VACleaseR1.2
•ฟิล์มเคลือบแบบไม่มีรูพรุน - Vac Innovation VACleaseR1.2 •ผ้าที่มีชีวิต - โพลีเอสเตอร์ Vac นวัตกรรม VACB4
• Peel-ply - ไนลอน
•เทปซีลแลนท์ - Vac Innovation VACsealY-40

การจัดวางถุงสูญญากาศถูกสร้างขึ้นตามคำแนะนำในเอกสารข้อมูลทางเทคนิคของผู้ผลิต pre-preg ซึ่งเป็นสารสกัดที่สามารถดูได้ในรูปที่ 2.2 สิ่งนี้ซ้ำสำหรับทั้งสองวิธีเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสอดคล้องกัน

รักษาตาราง

ตารางการรักษาเป้าหมายสำหรับ MTM 44-1 สามารถดูได้ในตาราง 2.2 จะเห็นได้ว่าอัตราการเล่นที่แนะนำคือ 1-2 ° C ต่อนาที ดังนั้น 1.5 ° C ต่อนาทีจึงถูกเลือกเป็นค่ามัธยฐานในช่วงนี้

การบ่มการติดตั้ง

การตั้งค่าที่ใช้ในการรักษาตัวอย่าง IR ใช้การรวมกันขององค์ประกอบเซรามิกกลวงและหลอดฮาโลเจนควอทซ์เพื่อให้แน่ใจว่าการปรับสมดุลอุณหภูมิที่เหมาะสมผ่านตัวอย่างคาร์บอนไฟเบอร์ดังแสดงในรูปที่ 2.3 รายละเอียดที่แน่นอนของตารางการบ่มนี้ยังคงเป็นทรัพย์สินทางปัญญาของ Ceramicx ดังนั้นจึงไม่เป็นที่เปิดเผย อย่างไรก็ตามสามารถดูกราฟผลลัพธ์ของอุณหภูมิที่บันทึกได้ในรูปที่ 3.1

ตัวอย่างการพาความร้อนถูกรักษาให้หายขาดในเตาอบพาความร้อนขนาดเล็กที่ Ulster University และแสดงผลกราฟิกในรูปที่ 3.2 (P7)

ผลสอบ

ผลลัพธ์ที่ได้ในระหว่างการสอบสวนมีรายละเอียดอยู่ในส่วนนี้ ผลลัพธ์จะถูกนำเสนอสำหรับกระบวนการบ่มในส่วนที่ 3.1 การวิเคราะห์เชิงกลแบบไดนามิก (DMA) ในส่วน 3.2 และการทดสอบการดัดงอในส่วน 3.3

บ่ม

รูปที่ 3.1 แสดงโปรไฟล์การรักษาที่เกี่ยวข้องกับแผง IR และรูปที่ 3.2 แสดงการบันทึกจากเตาอบพาความร้อน
รูปที่ 3.3 ซ้อนทับอุณหภูมิ IR (ถ่ายภายในเป็นค่าเฉลี่ยโดยประมาณของการอ่านทั้งสอง) กับอุณหภูมิการพาความร้อน สามารถสังเกตได้อย่างชัดเจนว่ามีความแตกต่างในการอ่านค่าในตัวอย่างการพาความร้อนเนื่องจากการใช้ความร้อนทางอ้อมเปรียบเทียบกับ IR

การทดสอบ DMA

การทดสอบการวิเคราะห์ทางกลแบบไดนามิก (DMA) ถูกนำมาใช้เป็นประจำเพื่อกำหนดลักษณะของโพลีเมอร์เมื่อถูกความร้อนและโหลด

การทดสอบดำเนินการตามมาตรฐาน ASTM D7028-07 'Glass Transition Temperature (DMA Tg) ของโพลิเมอร์เมทริกซ์คอมโพสิตโดยการวิเคราะห์เชิงไดนามิก (DMA) เครื่องที่ใช้คือ TA Instruments Q800 ดังที่แสดงในรูปที่ 3.4 ตารางที่ 3.1 แสดงถึงเงื่อนไขการทดสอบที่สำคัญที่ดำเนินการบนเครื่อง TA Instruments Q800 DMA

รูปที่ 3.5 แสดงเอาท์พุทแบบกราฟิกของผลลัพธ์ DMA ทั่วไปโดยที่เส้นโค้ง Storage Modulus (E ') สามารถมองเห็นเป็นสีเขียว, Loss Modulus ในสีน้ำเงินและ Delta Tan ในสีแดง จากนั้นตารางที่ 3.2 จะแสดงผลลัพธ์ที่เป็นตัวเลขจากการวิเคราะห์โดยตัวเลข Tg ที่ยกมาจาก Storage Modulus Onset และ Tan Delta peak

การทดสอบแรงดัดงอ

การดัดงอแบบ 3 จุด (3PB) ตามมาตรฐาน ASTM D7264 'วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับคุณสมบัติการดัดงอของวัสดุผสมโพลีเมทริกซ์' ถูกนำมาใช้เพื่อระบุคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญของชิ้นงานบ่ม การทดสอบดำเนินการที่ Ulster University โดยใช้ Instron 5500R ตัวอย่างของการตั้งค่าก่อนการทดสอบสามารถดูได้ในรูปที่ 3.6

ข้อมูลที่สร้างขึ้นจากตัวอย่างคอมโพสิต curried 5 ตัวอย่างและคอมโพสิต IR หาย 5 ตัวอย่างถูกรวบรวมเป็นเส้นโค้งความเค้น - ความเครียดและสามารถดูได้ในรูปที่ 3.2 และ 3.3 ตามลำดับ (P7)

หลังจากการวิเคราะห์ข้อมูลจะถูกกรองเพื่อคำนวณค่าโมดูลัสจากเส้นตรงของเส้นกราฟความเค้น - ความเครียด ความชันของเส้นโค้งถูกแยกระหว่าง 150MPa และ 500MPa ตารางที่ 3.1 แสดงโมดูลัสและแรงดัดสำหรับทั้งสองวิธี

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่ามีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างตัวอย่างที่มีแนวโน้มว่าจะเป็นสาเหตุของการเบี่ยงเบนเหล่านี้และมีการหารือในรายละเอียดมากขึ้นในมาตรา 4.0

ตัวอย่างที่หักสามารถดูได้ในรูปที่ 3.9

การสนทนา

ความแม่นยำของความร้อน

จากรูปที่ 3.3 จะเห็นได้ว่ามีความแตกต่างที่โดดเด่นในตารางการรักษาที่นำไปสู่ความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพอย่างไม่ต้องสงสัย ตัวอย่างเช่นตัวอย่างการพาความร้อนยังคงอยู่ในเตาอบนานกว่าตัวอย่าง IR 70 นาทีและมีผลกระทบที่ชัดเจนกับเวลาการประมวลผลทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติเช่นเศษส่วนปริมาตรเส้นใย (FVF) และ Tg ยิ่งไปกว่านั้นในตัวอย่างการพาความร้อนเทอร์โมคัปเปิลถูกวางไว้ในถุงที่ด้านข้างของเครื่องมือและอาจถูกหุ้มด้วยฉนวนเล็กน้อยเพื่อระบายนำไปสู่อุณหภูมิที่สูงขึ้น (เช่นที่ 180 ° C) นานกว่าข้อมูลเล็กน้อย หมายถึง - อีกครั้งนี้อาจมีผลต่อค่าเช่น Tg

การพาความร้อนเป็นวิธี Fit & Forget

วิศวกรมีแนวโน้มที่จะติดฉลากเตาอบการพาความร้อนเป็น 'พอดีและลืม' เทคโนโลยีที่เรซินใดสามารถรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ว่านี่จะเป็นจริงในระดับหนึ่ง แต่ก็เป็นที่ชัดเจนว่าโปรไฟล์การรักษาที่ตั้งใจจะไม่เหมือนกับโปรไฟล์การรักษาที่ได้รับการฝึกฝนโดยชิ้นส่วนดังที่เห็นได้จากรูปที่ 3.3 การรักษา IR ได้แสดงความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิที่ดีมาก ใต้ลามิเนต (เช่นบนเครื่องมือ) ตรงกลางของลามิเนตและบนพื้นผิวด้านบน น่าประทับใจนี่คือการเซ็ตอัพอย่างรวดเร็วและมีส่วนช่วยในการขจัดภาพลวงตาที่องค์ประกอบคอมโพสิตสามารถรักษาให้หายขาดได้ง่ายในเตาอบพาความร้อน

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าความแปรปรวนที่เกิดขึ้นในเตาอบพาความร้อนสามารถลดลงและสร้างโปรไฟล์การรักษาที่เป็นตัวแทนได้มากขึ้น แต่ยังคงมีการชดเชยในการตั้งโปรแกรม การบ่มแบบ IR มีการตอบสนองที่รวดเร็วกว่ามากสำหรับความแตกต่างเหล่านี้เนื่องจากเป็นวิธีการให้ความร้อนโดยตรงซึ่งช่วยลดเวลาในการประมวลผลโดยรวมและการใช้พลังงาน

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าอัตราการเพิ่มความร้อนเร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญสามารถทำได้โดยใช้ IR มากกว่าการพาความร้อนและมีข้อ จำกัด ในการศึกษานี้โดยอัตราที่แนะนำสำหรับการลบช่องว่างโดยผู้ผลิต preg Ceramicx มีข้อมูลอัตราการถ่ายเทความร้อนสำหรับวัสดุเครื่องมือการบินและหลากหลายและเป็นคำสั่งที่มีขนาดใหญ่กว่าอัตราที่แนะนำสำหรับระบบเรซินนี้

คายความร้อน

การควบคุม exotherm เป็นอีกคุณสมบัติที่มีประโยชน์ต่อการใช้ IR ในการบ่มคอมโพสิต เมื่อใช้ pyrometers บนพื้นผิวของคอมโพสิตเพื่อควบคุมอุณหภูมิการรักษาเครื่องทำความร้อนฮาโลเจนควอทซ์สามารถปิดหรือ จำกัด พลังงานได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่เรซิน exotherm เพิ่มอุณหภูมิการรักษาเกินกำหนดเวลาการรักษาที่แนะนำ นี่จะเร็วกว่าการลดอุณหภูมิใด ๆ ที่ทำได้ด้วยเตาอบการพาความร้อนอย่างมีนัยสำคัญอย่างไรก็ตามไม่ทราบผลกระทบในการทดสอบนี้

เนื้อหาเรซิน

จากการบ่มทั้งสองแผงมันจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่ามีการดึงเม็ดพลาสติกมากเกินไปจากตัวอย่างที่บ่มในเตาอบพาความร้อนแม้แผ่นลามิเนตทั้งสองจะถูกแยกและบรรจุในลักษณะเดียวกันด้วยฟิล์มที่เป็นของแข็ง - พอดีและมีชีวิตอยู่ ลามิเนตแห้งที่เป็นผลลัพธ์จากเตาอบการพาความร้อนอาจเนื่องมาจากลักษณะการไหลที่แตกต่างกันในระหว่างขั้นตอนการให้ความร้อน แม้ว่าการสนทนากับผู้ผลิต pre-preg ยังไม่ได้ดำเนินการ แต่ก็เป็นไปได้ว่าการไหลของเม็ดพลาสติกมีความสำคัญในช่วงที่ความร้อนสูงถึง 130 ° C ก่อนที่จะอยู่ในอุณหภูมิ 2 ชั่วโมง การควบคุมที่ไม่ดีของเตาอบพาขัดขวางความสามารถในการควบคุมเรซินทั้งในลามิเนตและด้วยเหตุนี้ระดับรูพรุนที่สูงขึ้นจะเห็นได้ในรูปที่ 4.1

DMA และอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจก

การเปรียบเทียบ Tg ใน IR และตัวอย่างการพาความร้อน

ค่าเฉลี่ย Tg ที่ได้จากตัวอย่าง IR เท่ากับ 175 ° C และ 182 ° C ด้วยการพาความร้อนตัวอย่าง แม้ว่า Tg ที่ต่ำกว่าในการทดลองนี้อาจบ่งบอกถึงการรักษาที่ไม่สมบูรณ์ แต่ก็ไม่น่าเป็นไปได้อย่างมากเนื่องจากอุณหภูมิที่วัดได้ภายในการวาง IR ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้อย่างมั่นใจว่าความแตกต่างนี้เกิดจากเวลาในการอบที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับตัวอย่างที่ไหลเวียนและอุณหภูมิการปั่นที่อยู่ภายใน ตามที่ระบุไว้ในส่วนที่ 4.1 เวลาในการรักษาสำหรับตัวอย่างการพาความร้อนนั้นนานกว่า IR ประมาณ 70 นาทีและเป็นที่ทราบกันว่า Tg ได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิและเวลาในการรักษาที่อุณหภูมิการบำบัดนั้นดังนั้นความแตกต่าง 7 ° C นอกจากนี้ระยะเวลาสั้น ๆ ระหว่างการตัดด้วยน้ำเจ็ทกับระดับความชื้นที่ซ่อนเร้นสามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงในตัวอย่างได้อย่างง่ายดาย โดยทั่วไปขั้นตอนการทำให้แห้ง 48 ชั่วโมงจะใช้สำหรับตัวอย่าง แต่สิ่งนี้ไม่ได้ถูกนำไปใช้กับตัวอย่างเหล่านี้ดังที่อธิบายไว้ใน 4.3.2

ความแตกต่างใน Tg ที่วัดได้และ Tg ของแผ่นข้อมูล

แผ่นข้อมูล MTM 44-1 ระบุว่า Dry Tg ที่ E 'Onset คือ 190 ° C และจากการหารือกับ Cytec ชุดนี้เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็น 194 ° C ตัวอย่างที่หายภายในรายงานการทดลองนี้มีค่าเฉลี่ย 175 ° C (IR) และ 182 ° C (การพาความร้อน) ซึ่งยังต่ำกว่าการอ้างอิง 190 ° C อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ถูกมองว่าเป็นปัญหาเนื่องจากเป็นที่ทราบกันว่ามีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้วในการทดสอบ DMA เป็นที่เข้าใจกันว่าวิธีอ้างอิง SACMA SRM 18R-94 ของ Cytec สำหรับการวิเคราะห์ DMA ซึ่งเป็นที่เข้าใจกันว่าแนะนำอัตราการทำความร้อนที่ 5 ° C / นาที - อัตราความร้อนยังใช้ในวิธีนี้ ดังนั้นความแตกต่างหลักอาจเกิดขึ้นจากการขาดการจัดวางตัวอย่าง ตัวอย่างไม่ได้มีเงื่อนไขตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้เนื่องจากเป็นการศึกษาเปรียบเทียบ โดยทั่วไปแล้วจะใช้เวลา 48 ชั่วโมงในสภาพแวดล้อมที่ร้อนและแห้งและเป็นที่ทราบกันดีว่าความชื้นสามารถลด Tg ของคอมโพสิตได้ พบความแตกต่างเล็กน้อยของมวลในตัวอย่างทั้งหมดหลังจากการทดสอบ (ประมาณ 0.12 - 0.15%) และไม่ชัดเจนว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงที่น่าสังเกตจากค่าแผ่นข้อมูลที่ระบุ

ความคลาดเคลื่อนในการทดสอบ DMA

การละเว้นใด ๆ ที่โดดเด่นจากขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับ ASTM D7028 ควรถูกบันทึกไว้และด้วยเหตุนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบการเบี่ยงเบนจากส่วนที่ 10 'การปรับสภาพ' ของตัวอย่าง ขั้นตอนที่แนะนำคือการดูแลเป็นเวลาสูงสุด 48 ชั่วโมงจากนั้นปิดผนึกตัวอย่างในภาชนะป้องกันความชื้น เนื่องจากวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์นี้เพื่อให้ผลลัพธ์เปรียบเทียบแทนผลลัพธ์แบบสัมบูรณ์ดังนั้นจึงไม่จำเป็น ตัวอย่างถูกตัดด้วยน้ำเจ็ทแล้วตากให้แห้งในพื้นที่ที่มีแดดจัดเป็นเวลา 3 ชั่วโมง ชั่งน้ำหนักตัวอย่างก่อนและหลังการทดสอบตามที่แนะนำจากนั้นตัวอย่างจากแต่ละชุดจะถูกทดสอบในรูปแบบที่เปลี่ยนแปลงดังนั้นผลกระทบของความชื้นจากสภาพแวดล้อมโดยรอบจะถูกแบ่งปันในผลลัพธ์ มีการบันทึกความแตกต่างของ 0.006g ก่อนและหลังการทดสอบตัวอย่าง แต่การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ เมื่อเทียบกับการปรับสภาพที่แนะนำ 48 ชั่วโมง

การทดสอบแรงดัดงอ

จากตารางที่ 3.1 จะเห็นได้ว่ามีความแตกต่างของโมดูลัสและความแข็งแรงระหว่างตัวอย่างทั้งสองกลุ่ม โมดูลัสนั้นสูงขึ้นในตัวอย่างที่ไหลเวียนโดยเฉลี่ย 3.8GPa แม้ว่าสิ่งนี้จะยังไม่ได้รับการยืนยันกับผู้จำหน่ายวัสดุ แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเนื่องจากเวลาที่อุณหภูมิสูงขึ้นดังที่กล่าวไว้ในหัวข้อ 4.3

เป็นที่ทราบกันอย่างกว้างขวางว่าระดับความพรุนสามารถมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงานของวัสดุคอมโพสิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติเหล่านั้นที่มีคุณสมบัติเป็นเมทริกซ์ / ออฟ - แกนที่โดดเด่นเช่นการทดสอบแรงดัดโค้ง ดังนั้นระดับความพรุนที่สูงขึ้นมีแนวโน้มที่จะมีส่วนทำให้ความแข็งแรงของชิ้นงานพาความร้อนลดลงโดยมีค่าเฉลี่ยลดลง 57MPa

เมื่อพิจารณาทุกด้านเหล่านี้ความแตกต่างระหว่างกลุ่มตัวอย่างน่าจะน้อยที่สุดหรือไม่มีเลยหากมีการเปรียบเทียบที่แน่นอนโดยอัตราการให้ความร้อนขององค์ประกอบจะเหมือนกัน

ความคลาดเคลื่อนในการทดสอบแรงดัดงอ

มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในช่วงการรองรับในระหว่างการทดสอบทั้งสองชุดจากอัตราส่วนช่วงต่อ: ความหนา 32 สำหรับตัวอย่างไหลเวียนเป็น 30.8 สำหรับตัวอย่าง IR สิ่งนี้จะส่งผลให้กำลังรับแรงดัดลดลงเล็กน้อยสำหรับตัวอย่าง IR อย่างไรก็ตามผลกระทบมีขนาดเล็กและกำลังรับแรงดัดสำหรับตัวอย่าง IR จะยังคงสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด อันที่จริงปริมาณเรซินที่สูงขึ้นของชิ้นงาน IR นั้นนำไปสู่การเพิ่มจำนวนของสันเขาเรซินบนพื้นผิวและทำให้ความหนาที่วัดได้มากขึ้น (ด้วย Vernier calipers) มากกว่าที่แสดงในตัวอย่างการพาความร้อน เป็นผลให้ความหนาที่เพิ่มขึ้นนี้สามารถลดความต้านทานแรงดัดและโมดูลัสได้เล็กน้อย (เนื่องจากกำลังสองในการคำนวณความเค้น) และทำให้มันใกล้เคียงกับตัวอย่างการพาความร้อน

สรุป

ข้อสรุปที่ได้จากการศึกษาครั้งนี้คือ:

• การเปรียบเทียบคุณสมบัติของวัสดุสามารถพิสูจน์ได้ระหว่าง IR และการบ่มแบบพาความร้อนเนื่องจากความแตกต่างเล็กน้อยในการทดสอบนี้สามารถนำมาพิจารณาได้:
• ถึงแม้ว่า Tg และ Flexural Modulus ของตัวอย่าง Convective จะสูงกว่า (ค่าเฉลี่ย 7.36 ° C และ 3.72GPa) แต่น่าจะเกิดจากการขยายเวลาที่อุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่าง IR และความชื้นที่อาจเกิดขึ้นภายในตัวอย่าง
• แม้ว่าค่าความต้านทานแรงดัดงอสูงสุดของตัวอย่าง IR สูงกว่า (ค่าเฉลี่ย 57MPa) แต่มีแนวโน้มว่าจะเกิดจากระดับโมฆะที่สูงกว่าในตัวอย่างการพาความร้อนแบบเปรียบเทียบ
• บ่ม IR ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำภายในลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์เกรด OOA การบินและอวกาศที่มีความหนาประมาณ 4.5 มม.
• มันแสดงให้เห็นว่าการรักษาโดยใช้เตาอบแบบหมุนเวียนนั้นไม่ใช่วิธีที่เหมาะสมและลืมด้วยอัตราความร้อนที่ตั้งโปรแกรมไว้ไม่ได้เป็นตัวแทนของอัตราความร้อนที่ชิ้นส่วนสัมผัส ความสามารถของ IR ในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วช่วยให้มั่นใจว่ามีความสามารถที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในการจับคู่อุณหภูมิส่วนหนึ่งกับอุณหภูมิที่ต้องการ

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ

ข้อมูลนี้อิงตามข้อมูลทางเทคนิคที่ Ceramicx เชื่อว่าเชื่อถือได้ในขณะนี้ อาจมีการแก้ไขเมื่อมีความรู้และประสบการณ์เพิ่มเติม Ceramicx ไม่รับผิดชอบต่อความถูกต้องความสมบูรณ์หรือการใช้งานของบุคคลที่สามใด ๆ หรือผลลัพธ์ของข้อมูลเครื่องมือผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการใด ๆ ที่เปิดเผย