Name: experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method
Uploaded: 2017-10-06T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 26 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method at JoVE.com

Bu araştırma iklim değişikliği araştırma Hub of KAIST tarafından desteklenmiştir (vermek No N11160012), önde gelen yabancı Araştırma Enstitüsü programı aracılığıyla Kore Ulusal Araştırma Vakfı Bilim Bakanlığı, ICT ve Gelecek Planlama (grant No 2011-0030065), tarafından finanse önde gelen insan kaynak eğitim programı Bölgesel Neo sanayi aracılığıyla Ulusal Araştırma Vakfı, Kore (Bilim Bakanlığı, ICT ve gelecek planlama tarafından (Hayır ver. finanse NMG) NRF-2016H1D5A1910603). Destek büyük beğeni topluyor.

1. malzeme hazırlık <ol><li>kompozit malzeme hazırlanması Not: dikkat, lütfen danışın ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce. Birkaç bu yöntemlerde kullanılan kimyasalların toksik ve kanserojen olabilir. Nanomalzemeler ek tehlikeleri toplu meslektaşlarına göre olabilir. Lütfen tüm uygun güvenlik uygulamaları mühendislik kontrolleri (duman hood, torpido) ve kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, önlük, tam uzunlukta pantolon, kapalı-toe ayakkabı) kullanımı da dahil olmak üzere bir deney yaparken kullanın. 
	Not: uygulamaya bağlı olarak güçlendirecek fiber türü aşağıdakilerden biri veya bir bileşimini olabilir: tek yönlü lif, dokuma kumaş, dokuma olmayan keçe, kıyılmış lif.
	<ol><li>Tek yönlü fiber türü <ol><li>kullanmak en uygun olan ön emdirilmiş kompozit malzeme (prepreg), kullanın.</li>
			<li>Prepreg 0 ° ve 90 ° bölme önlemek için içeren bir yığın sıra yığını. Örneğin, içine yığını [0 3 / 90 3] s.</li>
		</ol></li> <li>Dokuma kumaş türü <ol><li>hazırla dokuma karbon kumaş ve film-tipi epoksi reçine. Eğer bir prepreg kullanarak, adımları 1.1.2.1 1.1.2.6 atlayın.</li>
			<li>Kumaş % 99.5 aseton veya yağ alma için başka bir çözücü ile temiz. Kumaş kirlenmesini önlemek için temizlendikten sonra ele alırken dikkatli olun. Kumaş üzerinde temiz yüzey veya hav bırakmayan mendil koyun.</li>
			<li>10 dakika süreyle ortam koşulları altında kurutma tarafından solvent kaldırmak</li>
			<li>Peel off epoksi reçine yedekleme film ve film-tipi epoksi 1 kat karbon kumaş 1 kat için iliştirin.</li>
			<li>Epoksi iliştirilmiş karbon kumaş 70 ° c 10 için Önceden ısıtılmış sıcak bir tabak yerleştirin s öncesi emprenye için.</li>
			<li>10 dk için ortam koşullarında hazırlanmış prepreg serin ve diğer yedekleme film soyma.</li>
			<li>İstenen yığınlama sırası ile kumaş yığını; Örneğin, [0] yığını 3.</li>
		</ol></li> <li>Dokunmamış hissettim <ol><li>nonwoven keçe hazırlayın.</li>
			<li>Keçe % 99.5 aseton veya yağ alma için başka bir çözücü ile temiz. Keçe kirlenmesini önlemek için temizlik sonra ele alırken dikkatli olun. Keçe üzerinde temiz yüzey veya hav bırakmayan mendil koyun.</li>
			<li>Peel off epoksi reçine yedekleme film ve her iki tarafta hissettim karbon 1 kat 3 plies film-tipi epoksi iliştirin.</li>
			<li>Yer epoksi iliştirilmiş karbon hissettim 70 ° c 10 için Önceden ısıtılmış sıcak tabakta s öncesi emprenye için.</li>
			<li>Ortam durumda 10 min için hazırlanan prepreg serin ve diğer yedekleme film soyma.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Yumuşak katman hazırlanması Not: yumuşak tabaka, politetrafloroetilin (PTFE) veya Fluorlu etilen propilen (FEP), Poliolefin polietilen veya polipropilen, gibi gibi bir floropolimer için veya bir sentetik kauçuk silikon kauçuk veya bir Fluroelastomerler gibi kullanılabilir. Bu iletişim kuralı, FEP film benimsenmiştir ve kalın 100 µm kalınlığında FEP dokuma için uygun ise onun verim gücü damla büyük ölçüde 120 ° C. 25 µm kalınlığında FEP tek yönlü lif ve nonwoven keçe ve kompozitler için uygundur Kompozit 10 yazın.
	<ol><li>Temiz yumuşak tabaka % 99.5 aseton ile. Başa iğne delikleri ve kırışıklıklar önlemek için özenle.</li>
		Hav bırakmayan mendil ile <li>silme uzakta üstünde belgili tanımlık yumuşak aseton katmanı. Orada hiçbir kirletici yumuşak katmanda çünkü bu kür işlemi sırasında kompozit için transfer edilebilir olması. Bunlar sadece kompozit aynı zamanda sıkıştırma kalıp zarar verebilir çünkü yumuşak katmanın toz ve küçük parçacıklar uzak tutarım.</li>
	</ol></li></ol> 2. Kompozit üretim <ol><li>Yükleme sıkıştırma kalıp <ol><li>bir sıkıştırma kalıp boşluğuna boyutu 120 mm × 120 mm ile hazırlayın.</li>
		<li>Sıkıştırma kalıp kalıp yayın uygulanır. Sadece yapıştırın veya kalıp kalıp sürüme sprey ve kalıp serbest kalır sadece ince bir tabaka kadar hav bırakmayan mendil ile silin.</li>
		<li>Hazırlanmış kompozit laminat 118 mm × 118 mm bir boyutuna kesme.</li>
		<li>Yer 1 kat daha düşük kalıp üzerinde 25 µm kalınlığında FEP film.</li>
		<li>Kompozit laminat FEP filmde yer ve başka bir FEP film üzerinde Laminat yer.</li>
		<li>Yumuşak katmana düzleştirmek ve yumuşak katman ve bileşik laminat arasında entrapped hava kabarcıkları kaldırın.</li>
		<li>Sıkıştırma yoğurmak için kalıp kapatın.</li>
	</ol></li> <li>Sıkıştırma kalıplama <ol><li>ısı sıcak basına 150 ° C. 
		Not: Bu durumda 140 ° C kalıp içinde numune sıcaklığıdır. Daha düşük sıcaklık kullanımı da bir elastomer veya Poliolefin yumuşak katmanı için kabul edilen mümkündür. Her iki bileşik Kavurma sıcaklığı ve Kavurma sıcaklığı belirlemek için yumuşak katman yumuşama sıcaklığı göz önünde bulundurun.</li>
		<li>Kalıp sıcak basında yer.</li>
		<li>Uygula basınç sıcak basın kullanarak; kür zamanlama ve basınç bileşik türüne bağlıdır.
		<ol><li>Bir tek yönlü fiber kompozit için 30 dk 20 MPa sabit bir basınç uygulayın; hiçbir ek işlem gereklidir.</li>
			<li>Dokuma kumaş türü kompozit için 20 MPa uygulamak. 4 dk ve 8 dk sonra uygulanan basınç sıfıra ve hemen 20 MPa tekrar başvur. 
			Not: Bu işlem tasfiye denir ve amacı Kaldır aşırı reçine ve hapsolmuş hava kabarcıkları. Tasfiye adım sayısını kompozit boyutuna bağlı olarak artırılabilir; büyük boyut ve kompozitler daha fazla tasfiye gerektirir.
			<ol><li>Ancak, artırmak, reçine, viskozite başladıktan sonra değil temizle. Toplam 30 dk tedavisi.</li>
			</ol></li> <li>Dokuma olmayan türü kompozit hissettim, 30 dk. dikkat boşlukları içinde sonuçlanır basınç kaçmak için 3 MPa başvurusu ve nihai ürün hataları. Yavaş yavaş basınç kaçmak önlemek için basınç artışı.</li>
		</ol></li> <li>Fabrikasyon kompozit cam geçiş sıcaklığı 120 ° C aşağıda basınç bırakmadan sıkıştırma kalıp sıcak Basında cool.</li>
		<li>Basınç ve sıkıştırma kalıp sıcak basından kaldırmak.</li>
		<li>Sıkıştırma kalıp son ürün demold.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Hwang, I. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bipolar+plate+made+of+carbon+fiber+epoxy+composite+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Bipolar plate made of carbon fiber epoxy composite for polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 184 (1), 90-94 (2008).</li><li>Avasarala, B., Haldar, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surface+roughness+of+composite+bipolar+plates+on+the+contact+resistance+of+a+proton+exchange+membrane+fuel+cell.">Effect of surface roughness of composite bipolar plates on the contact resistance of a proton exchange membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 188 (1), 225-229 (2009).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Kim, M. K., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+treatment+of+the+carbon+fiber+bipolar+plate+for+PEM+fuel+cell.">Plasma treatment of the carbon fiber bipolar plate for PEM fuel cell.</a> Compos Struct. 94 (5), 1911-1918 (2012).</li><li>Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+composite-metal+hybrid+bipolar+plates+for+PEM+fuel+cells.">Development of composite-metal hybrid bipolar plates for PEM fuel cells.</a> Int J Hydrogen Energy. 37 (17), (2012).</li><li>Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic-carbon+surface+treatment+of+composite+bipolar+plate+for+high-efficiency+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Electromagnetic-carbon surface treatment of composite bipolar plate for high-efficiency polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 195 (6), 1577-1582 (2010).</li><li>Kim, B. G., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single-type+aluminum/composite+hybrid+bipolar+plate+with+surface+modification+for+high+efficiency+PEMFC.">A single-type aluminum/composite hybrid bipolar plate with surface modification for high efficiency PEMFC.</a> Int J Hydrogen Energy. 36 (4), 3087-3095 (2011).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Suh, J. D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+graphite-coated+carbon+fiber+epoxy+composite+bipolar+plate+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cell.">A graphite-coated carbon fiber epoxy composite bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 196 (23), 9868-9875 (2011).</li><li>Kim, K. H., Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+carbon+composite+bipolar+plate+(BP)+for+vanadium+redox+flow+battery+(VRFB).">Development of carbon composite bipolar plate (BP) for vanadium redox flow battery (VRFB).</a> Compos Struct. 109, 253-259 (2014).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gasket-integrated+carbon/silicone+elastomer+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Gasket-integrated carbon/silicone elastomer composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 128, 284-290 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-mechanical+properties+of+the+carbon+fabric+composites+with+fibers+exposed+on+the+surface.">Electro-mechanical properties of the carbon fabric composites with fibers exposed on the surface.</a> Compos Struct. 140, 77-83 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+exposing+carbon+fibers+on+composite+bipolar+plates.">Method for exposing carbon fibers on composite bipolar plates.</a> Compos Struct. 134, 1-9 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+proton+exchange+membrane+fuel+cells+(HT-PEMFCs).">Carbon composite bipolar plate for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs).</a> J Power Sources. 327, 119-126 (2016).</li><li>Lee, D., Choe, J., Nam, S., Lim, J. W., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+non-woven+carbon+felt+composite+bipolar+plates+using+the+soft+layer+method.">Development of non-woven carbon felt composite bipolar plates using the soft layer method.</a> Compos struct. 160, 976-982 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cathode/anode+integrated+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Cathode/anode integrated composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 167, 144-151 (2017).</li><li>Lee, D., Oh, Y., Nam, S., Choe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+Characteristics+of+Fiber-exposed+Glass+Composites.">Adhesion Characteristics of Fiber-exposed Glass Composites.</a> Compos Struct. 165, 9-14 (2017).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Yumuşak katman yöntemi ile geleneksel yöntemlerle ve düşük üretim maliyeti ile karşılaştırıldığında önemli avantajlar sağlar. Yumuşak katman yöntemi tarafından üretilen kompozit üç tür elektriksel özellikleri, mekanik özellikleri, gaz geçirgenliği ve adezyon özellikleri açısından benzersiz özelliklerini gösterir.
Elektrik özellik ölçüm için dört maddelik prob yöntemi kullanıldı. ASR 5 kez ölçüldü ve ortalama değeri iki kutuplu tabağı için tems...

İki kutuplu plaka enerji dönüşüm sistemleri ve enerji depolama sistemleri yakıt hücreleri ve piller gibi çok fonksiyonlu önemli bir bileşenidir. İki kutuplu plaka anahtar fonksiyonel gereksinimleri aşağıdaki gibidir: yüksek elektrik iletkenliği yüksek sıkıştırma basıncı ve dış etkileri ve yüksek dayanıklı içinden kaybı, yüksek mekanik özellikleri azaltmak için kalınlığı ile yönde verimlilik için yığın üretim.
Grafit ve geleneksel bipolar plaka için malzeme olarak kabul edilmiştir metaller ile karşılaştırıldığında, karbon fiber/epoksi kompozit bir daha yüksek belirli güç ve ağırlık sistemi büyük ölçüde tarafından azaltılabilir gösterir sertlik var Geleneksel Çift kutuplu plaka malzemeler kompozit1ile değiştirme. Ancak, karbon/epoksi kompozit reçine zengini katmanın bileşik yüzeyinde oluşan nedeniyle büyük bir alan özel direnç (ASR) sonuçları, kalınlığı ile yönde zavallı elektriksel iletkenlik sahip. Yalıtım reçine zengini katman iletken karbon elyaf ve başka bir iki kutuplu plaka, gaz Difüzyon layer (GDL), gibi bitişik bileşenleri arasında doğrudan temas engeller ve karbon elektrot (CFE) hissettim.
Reçine zengini katman nedeniyle yüksek ASR gidermek için birçok çalışma yapılmıştır. İlk yaklaşım seçerek reçine zengini katman kaldırmak için yüzey işleme yöntemleri oldu. Örneğin, mekanik aşınmaya bağlı yüzey2kaldırmak için denendi. Ancak, karbon elyaf Ayrıca, hangi zavallı bir ASR sonuçlandı hasar gördü. Plazma tedavisi3,4 ve mikrodalga tedavi yöntemleri5,6 ayrıca lif zarar görmemesi için geliştirilmiştir, ancak düşük verimlilik ve tekdüzelik sonuçlandı. İkinci yaklaşım, iletken tabaka kaplama yöntemleri,7,8kaplama genişletilmiş grafit içerir. Bu yöntem başarıyla ASR azaltılmış ve kompozit bipolar Kaplama üretimi için standart bir yöntem kabul edilmiştir. Ancak, bu pahalı ve dayanıklılık ve Delaminasyon sorunları nedeniyle düşük mekanik gücü vardır.
Bu çalışmada, "yumuşak katman yöntemi", karbon elyaf kompozit bipolar kaplama yüzeyi açığa çıkarabilir yöntemi üretim bir roman gösterilmiştir. Bu yöntemin ana amacı ile düşük üretim maliyeti düşük bir ASR elde etmektir. Yumuşak katman yöntemi ince bir yumuşak tabaka sıkıştırma kalıp ve iki kutuplu plaka arasında bir polimer yayın film gibi benimser. Sıkıştırma kalıp ve yumuşak tabakası ayırma kür sonra fabrikasyon bipolar plaka karbon elyaf yüzeyi sonrası yüzey herhangi bir tedavi maruz görüntüler. Bu yöntem sadece ASR azalmış ama de önemli ölçüde mekanik özellikleri arttı ve gaz geçirgenlik sorunu çözüldü. Bu yöntem diğer birçok amaç için uygulanabilir: bir elektriksel olarak iletken plaka, ince bir kompozit üretimi ve yüzey işlem ortak bir yapıştırıcı imalatı geliştirilmesi.

<table><tbody><tr><td>Unidirectional carbon/epoxy prepreg</td><td>SK Chemicals</td><td>USN020</td><td>Used to fabricate unidirectional carbon composite</td></tr><tr><td>Plain weave carbon fabric/epoxy prepreg</td><td>SK Chemicals</td><td>WSN 1k</td><td>Used to fabricate fabric carbon composite</td></tr><tr><td>Plain weave carbon fabric</td><td>SK Chemicals</td><td>C-112</td><td>Used to fabricate fabric carbon composite</td></tr><tr><td>Non-woven carbon felt</td><td>Newell</td><td>Graphite felt 3 mm</td><td>Used to fabricated felt carbon composite</td></tr><tr><td>Film type epoxy resin</td><td>SK Chemicals</td><td>K51</td><td>Used as a matrix of the composite</td></tr><tr><td>Acetone 99.5%</td><td>Samchun</td><td>67-64-1</td><td>Used to cleanse the carbon fiber and the soft layers</td></tr><tr><td>Mold release</td><td>ShinEtsu</td><td>KF-96</td><td>Used to coat the mold</td></tr><tr><td>Release film</td><td>Airtech</td><td>A4000V</td><td>Used as a soft layer</td></tr><tr><td>Compression mold</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Machined in lab. Material: NAK80</td></tr><tr><td>Hot press</td><td>Hydrotek 100</td><td>N/A</td><td>Used to apply pressure and heat</td></tr><tr><td>Scanning electron microscope</td><td>FEI Compnay</td><td>Magellan 400</td><td>Used to investigate the surface of the composite</td></tr></tbody></table>

experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method

İki kutuplu plaka proton exchange membran yakıt hücreleri (PEMFCs) ve vanadyum Redoks akışı pil (VRFBs) önemli bir bileşenidir. Yüksek elektrik iletkenliği, yüksek mekanik özellikleri ve yüksek verimlilik çok fonksiyonlu bir bileşenidir.
Bu bağlamda, karbon fiber/epoksi reçine bileşik genellikle sistemin tamamı felaket başarısızlık nedeniyle onun doğasında kırılganlık açar geleneksel grafit İki kutuplu plaka değiştirmek için ideal bir malzeme olabilir. Karbon/epoksi kompozit yüksek mekanik özellikleri vardır ve üretmek kolaydır kalınlığı ile yönde elektriksel iletkenlik yüzeyinde formları reçine zengini katman nedeniyle fakir olsa da. Bu nedenle, bir genişletilmiş grafit kaplama elektriksel iletkenlik sorunu çözmek için kabul edilmiştir. Ancak, genişletilmiş grafit kaplama sadece üretim maliyeti artar ama zavallı mekanik özelliklerine de sahip olan.
Bu çalışmada, elyaf kompozit yüzeyinde ortaya çıkarmak için bir yöntem gösterilmiştir. Elyaf kompozit imalatı sonra yüzey işlem tarafından açığa çıkarabilir şu anda pek çok yöntem vardır. Elyaf kompozit üretimi sırasında maruz kalır çünkü bu yeni yöntem, ancak, yüzey tedavi edilmesi gerekmez. Çıplak karbon elyaf yüzeyi açarak, elektriksel iletkenlik ve kompozit mekanik gücü büyük ölçüde artmıştır.

Fabrikasyon örnekler kullanarak tarama elektron mikroskobu (SEM) (Resim 1) gözlenir. Üst liflerinin kapsar reçine zengini katmanı yalnızca birkaç mikrometre kalın olduğu için örnek üst kısmında gözlenen bir optik mikroskobik görüntü uygun değil. Tarafından 5 ° numune eğerek gözlenen bir SEM görüntü daha temsili bir görüntü sağlar. Ne zaman ve kompozitler yumuşak katman yöntemi tarafından cihazlarında reçine ile kaplanmış y...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method at JoVE.com

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

Reçine zengin alan ortadan kaldırarak kompozit yüzey üzerinde çıplak lifleri ortaya çıkarmak için bir protokol sunulmuştur. Lifler ve kompozitler, imalat sırasında değil sonrası yüzey işlem tarafından sunulur. Maruz kalan karbon kompozit kalınlığı ile yön ve yüksek mekanik özelliği yüksek elektriksel iletkenlik sergi.

Deneysel yeni bir bileşik imalat yöntemi uygulanması: bileşik yüzeyi yumuşak katman yöntemi tarafından çıplak lifleri ortaya

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

experimental-implementation-new-composite-fabrication-method-exposing

Research

JoVE Journal

Engineering

8.2K Görüntüleme.  Korea Advanced Institute of Science and Technology. Reçine zengin alan ortadan kaldırarak kompozit yüzey üzerinde çıplak lifleri ortaya çıkarmak için bir protokol sunulmuştur. Lifler ve kompozitler, imalat sırasında değil sonrası yüzey işlem tarafından sunulur. Maruz kalan karbon kompozit kalınlığı ile yön ve yüksek mekanik özelliği yüksek elektriksel iletkenlik sergi.

Video: Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

Fiber Çizim Yöntemi Kullanma Fabricating meta malzeme

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Mühendislik

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

Bir Kurban bileşeni buharlaşma kullanarak üç boyutlu Mikroyapılar Yapma Süreci

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are proposed to create the electrical network in this work: (a) the incorporation of the nanoplatelets into the epoxy matrix and (b) the coating of the glass fabric with a sizing filled with the same nanoplatelets. Both types of multiscale composite materials, with an in-plane electrical conductivity of ~10-3 S/m, showed an exponential growth of the electrical resistance as the strain increases due to distancing between adjacent functionalized graphene nanoplatelets and contact loss between overlying ones. The sensitivity of the materials analyzed during this research, using the described procedures, has been shown to be higher than commercially available strain gauges. The proposed procedures for self-sensing of the structural composite material would facilitate the structural health monitoring of components in difficult to access emplacements such as offshore wind power farms. Although the sensitivity of the multiscale composite materials was considerably higher than the sensitivity of metallic foils used as strain gauges, the value reached with NH2 functionalized graphene nanoplatelets coated fabrics was nearly an order of magnitude superior. This result elucidated their potential to be used as smart fabrics to monitor human movements such as bending of fingers or knees. By using the proposed method, the smart fabric could immediately detect the bending and recover instantly. This fact permits precise monitoring of the time of bending as well as the degree of bending.

The integration of conductive nanoparticles, such as graphene nanoplatelets, into glass fiber composite materials creates an intrinsic electrical network susceptible to strain. Here, different methods to obtain strain sensors based on the addition of graphene nanoplatelets into the epoxy matrix or as a coating on glass fabrics are proposed.

Grafen Nanoplatelets ile Ölçekli Kompozit Malzemeler Güçlendirilmiş dayanarak suşu Algılama

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

Önceden Tasarlanmış Boyut ve Şekle Sahip Polimerik ve Biyohidred Elyafların Mikroakışkan İmalatı

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Biyomühendislik

Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface

Covalent Organic Frameworks (COFs) are a class of porous covalent materials which are frequently synthesized as unprocessable crystalline powders. The first COF was reported in 2005 with much effort centered on the establishment of new synthetic routes for its preparation. To date, most available synthetic methods for COF synthesis are based on bulk mixing under solvothermal conditions. Therefore, there is increasing interest in developing systematic protocols for COF synthesis that provide for fine control over reaction conditions and improve COF processability on surfaces, which is essential for their use in practical applications. Herein, we present a novel microfluidic-based method for COF synthesis where the reaction between two constituent building blocks, 1,3,5-benzenetricarbaldehyde (BTCA) and 1,3,5-tris(4-aminophenyl)benzene (TAPB), takes place under controlled diffusion conditions and at room temperature. Using such an approach yields sponge-like, crystalline fibers of a COF material, hereafter called MF-COF. The mechanical properties of MF-COF and the dynamic nature of the approach allow the continuous production of MF-COF fibers and their direct printing onto surfaces. The general method opens new potential applications requiring advanced printing of 2D or 3D COF structures on flexible or rigid surfaces.

Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks COFs: A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface

We present a novel microfluidic-based method for synthesis of covalent organic frameworks (COFs). We demonstrate how this approach can be used to produce continuous COF fibers, and also 2D or 3D COF structures on surfaces.

Kovalent Organik Çerçevelerin Mikroakışkan Temelli Sentezi (COF&#39;ler): Bir Yüzey Üzerinde COF Liflerinin Sürekli Üretimi ve Doğrudan Baskı için Bir Aracı

Covalent Organic Frameworks (COFs) are a class of porous covalent materials which are frequently synthesized as unprocessable crystalline powders. The ...

Kimya

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables the silk proteins to be compact and ordered by shearing and elongation forces. Here, a biomimetic microfluidic channel was designed to mimic the specific geometry of the spinning duct of the silkworm. Regenerated silk fibroin (RSF) spinning doped with high concentration, was extruded through the microchannel to dry-spin fibers at ambient temperature and pressure. In the post-treated process, the as-spun fibers were drawn and stored in ethanol aqueous solution. Synchrotron radiation wide-angle X-ray diffraction (SR-WAXD) technology was used to investigate the microstructure of single RSF fibers, which were fixed to a sample holder with the RSF fiber axis normal to the microbeam of the X-ray. The crystallinity, crystallite size, and crystalline orientation of the fiber were calculated from the WAXD data. The diffraction arcs near the equator of the two-dimensional WAXD pattern indicate that the post-treated RSF fiber has a high orientation degree.

A protocol for the microfluidic spinning and microstructure characterization of regenerated silk fibroin monofilament is presented.

Mikrosıvısal kuru-iplik ve rejenere ipek Fibroin lifleri karakterizasyonu

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose and short sisal fibers are dispersed into a water suspension containing bacterial cellulose. The fiber and nanocellulose suspension is then filtered (using vacuum or gravity) and the wet filter cake pressed to squeeze out any excess water, followed by a drying step. This will result in the hornification of the bacterial cellulose network, holding the loose natural fibers together.
Our method is specially suited for the manufacturing of rigid and robust preforms of hydrophilic fibers. The porous and hydrophilic nature of such fibers results in significant water uptake, drawing in the bacterial cellulose dispersed in the suspension. The bacterial cellulose will then be filtered against the surface of these fibers, forming a bacterial cellulose coating. When the loose fiber-bacterial cellulose suspension is filtered and dried, the adjacent bacterial cellulose forms a network and hornified to hold the otherwise loose fibers together.
The introduction of bacterial cellulose into the preform resulted in a significant increase of the mechanical properties of the fiber preforms. This can be attributed to the high stiffness and strength of the bacterial cellulose network. With this preform, renewable high performance hierarchical composites can also be manufactured by using conventional composite production methods, such as resin film infusion (RFI) or resin transfer molding (RTM). Here, we also describe the manufacturing of renewable hierarchical composites using double bag vacuum assisted resin infusion.

We present a novel method of manufacturing rigid and robust short natural fiber preforms using a papermaking process. Bacterial cellulose acts simultaneously as the binder for the loose fibers and provides rigidity to the fiber preforms. These preforms can be infused with a resin to produce truly green hierarchical composites.

Binder Bakteriyel Selüloz kullanmak Sağlam Doğal Elyaf preform üretim

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed magnet assisted composite manufacturing (MACM) technique. In this technique, permanent magnets are utilized to apply a sufficiently high consolidation pressure during the curing stage. To enhance the intensity of the magnetic field, and thus, to increase the magnetic compaction pressure, the magnets are placed on a magnetic top plate. First, the entire procedure of preparing the composite lay-up on a magnetic bottom steel plate using the conventional wet lay-up vacuum bag process is described. Second, placement of a set of Neodymium-Iron-Boron permanent magnets, arranged in alternating polarity, on the vacuum bag is illustrated. Next, the experimental procedures to measure the magnetic compaction pressure and volume fractions of the composite constituents are presented. Finally, methods used to characterize microstructure and mechanical properties of composite laminates are discussed in detail. The results prove the effectiveness of the MACM method in improving the quality of wet lay-up vacuum bag laminates. This method does not require large capital investment for tooling or equipment and can also be used to consolidate geometrically complex composite parts by placing the magnets on a matching top mold positioned on the vacuum bag.

A new technique for applying consolidation pressure on the vacuum bag lay-up to fabricate composite laminates is described. The goal of this protocol is to develop a simple, cost-effective technique to improve the quality of laminates fabricated by the wet lay-up vacuum bag method.

Mıknatıs kompozit üretim destekli: Vakum çanta/Lay-yukarıya oluşum yüksek konsolidasyon basıncı elde etmek için esnek yeni bir teknik

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

Esnek tek yönlü kompozit laminatlar kesme prosedürleri, çekme testi ve yaşlanma

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Fabrication and Design of Wood-Based High-Performance Composites

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber reinforced composites, due to its excellent mechanical properties. Delignified wood, however, is rather fragile in a wet state, which makes handling and shaping challenging. Here we present two fabrication processes, closed-mold densification and vacuum densification, to produce high-performance cellulose composites based on delignified wood, including an assessment of their advantages and limitations. Further, we suggest strategies for how the composites can be re-used or decomposed at the end-of-life cycle. Closed-mold densification has the advantage that no elaborate lab equipment is needed. Simple screw clamps or a press can be used for densification. We recommend this method for small parts with simple geometries and large radii of curvature. Vacuum densification in an open-mold process is suitable for larger objects and complex geometries, including small radii of curvature. Compared to the closed-mold process, the open-mold vacuum approach only needs the manufacture of a single mold cavity.

Delignified densified wood represents a new promising lightweight, high-performance and bio-based material with great potential to partially substitute natural fiber reinforced- or glass fiber reinforced composites in the future. We here present two versatile fabrication routes and demonstrate the possibility to create complex composite parts.

Ahşap Tabanlı Yüksek Performanslı Kompozitlerin İmalatı ve Tasarımı

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber ...