Name: magnet assisted composite manufacturing: a flexible new technique for achieving high consolidation pressure in vacuum bag/lay-up processes
Uploaded: 2018-05-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes at JoVE.com

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.

Dikkat: Lütfen ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce danışın. Kişisel koruyucu donanım (koruyucu gözlük, eldiven, önlük, tam uzunlukta pantolon ve kapalı-toe ayakkabı) kullanın.
1. malzeme
<ol><li>20,3 cm х 15,2 cm, düz örgü cam kumaş bir döner kumaş kesici ile 6 plies kesti. Not: Düz örgü kumaş dokuma olmayan, rastgele paspaslar da dahil olmak üzere diğer kumaş türleri tarafından değiştirilebilir. Karbon elyaf de bu yöntemde kullanılabilir.</li>
	<li>100-27,4 ağırlık oranını kullanarak reçine sistemi tarafından ilk epoksi reçine, INF (40 g), tared bir denge üzerinde ağırlığında ve sertleştirici ekleyerek INF (10,96 g), hazır olun. Heyecan (5 dakika) reçine/sertleştirici karisimin (37 rad s-1) tam olarak dağılım kadar ulaştı. Not: (1) türü reçine, reçine ıslak iş vakum çanta işlemleri için uygun herhangi bir tür yedek olabilir. (2) epoksi reçine sertleştirici oranı seçimi reçine ve sertleştirici birleşimi üzerinde bağlıdır. (3) reçine/sertleştirici karışımı ağırlığını seçimi bitmiş bölümü ve beklenen atık miktarı kan kaybından, fırça, vb bağlı kalan reçine miktarı gibi istenen fiber birim kısmını bağlıdır. 6-plies kumaş yaklaşık 34 g, 60-40 lif oranı reçine olmak kilo ağırlık, dikkate alınarak seçilmiştir.</li>
	<li>(Yaklaşık 15 dk) reçine epoksi reçine ve sertleştirici karıştırma sırasında oluşan sıkışmış havayı çıkarmak için reçine tuzağına degas.</li>
</ol>2. Kompozit manyetik basıncı kullanarak bir ıslak iş vakum çanta işlemdeki üretim
Not: Bileşik iş ve 2.1-2.15 bölümlerinde açıklanan manyetik basınç uygulayarak hazırlanması basitleştirilmiş bir şeması Şekil 1 gösterir.
<ol><li>Deney için gerekli tüm malzeme hazırlayın:<ol>
<li>25 N52 Neodim-demir-bor (NdFeB) kalıcı bir 4,76 mm kalınlığında çelik üst plaka üzerinde onların kalınlığı ile manyetik mıknatıslar (2,54 cm uzunluk, 2,54 cm genişlik ve 1,27 cm kalınlık), koyun. Mıknatıslar polarite alternatif olarak 5 × 5 kare yapılandırma düzenlemek. Yaralanma riski olarak düzenleme ve kalıcı mıknatıslar yerleştirme sırasında bakım alınması gerekir.</li>
		<li>PTFE yayın aracı tam ortasında bir delikli yayın film (26.7 х 21,6 cm2) ile ön kaplamalı bir 0.3 mm kalınlığında alüminyum caul plaka (20,3 х 15,2 cm2) yerleştirin.</li>
		<li>12. 7 mm geniş polyester caul çevre plaka yayın filmin teyp kaseti kullanın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Yer 12. 7 mm geniş yapışkan bant 43,2 × 27.9 cm2 alan bir 6,35 mm kalınlıkta yüzeyi çevre etrafında, 61,0 x 61.0 cm2, çelik alt araç plaka.</li>
	<li>Kumaş döşeme önce gözeneksiz PTFE kaplı fiberglas yayın film (76 µm kalınlığında) tabakası ile kaplı araç plaka üzerinde reçine bir kat uygulayın. İlk kat kumaş doyurmak için yeterli reçine uygulayın.</li>
	<li>Kumaş, ilk kat yerleştirin ve sonra bir rulo ile basın ve aşırı reçine sıkmak.</li>
	<li>Tamamen fiber yatak ek reçine kumaş üzerine küçük bir miktar dökme ve tüm alana elemanlar ile eşit şekilde yayarak doyurmak.</li>
	<li>Tüm plies (Bu durumda 6 kat) için 2.4 ve 2.5 adımları yineleyin. Tüm plies reçine ile tam doygun ve reçine (~8.5 g) yaklaşık aynı miktarda her kat için kullanılır olun.</li>
	<li>Üstünde tepe-in 0.5-inç geniş polyester kaset çevresinde yayın film tabakası ardından lif preform delikli yayın film bağlı caul tabak koyun.</li>
	<li>Nefes/kanama bez fiber preform üzerinde iki adet yerleştirin ve alt parça büküm kilit vakum vana nefes bez üstüne yerleştirin. Kapak kapak aşırı reçine ile temas korumak için yeteri kadar doymuş preform üzerinden yer olduğundan emin olun.</li>
	<li>Yapışkan bant yedekleme kağıdı çıkarın ve vakum çanta sıkıca kapatın için bant karşı basarken araç tabağa yerleştirin.</li>
	<li>Vakum vanası ve vakum pompası bağlı basınç regülatörü, diğer tarafa üst parça bağlamak bir vakum hortumu.</li>
	<li>Küçük bir yarık Vana alt parçanın nerede olduğunu çantaya koy, vakum kapak top parçası deliğe yerleştirin ve sonra hafifçe böylece çanta altında değil kırışık kapa çevir.</li>
	<li>93 kPa (13.5 PSI) sürekli bir vakum basıncı tedavi ve aşırı reçine sırasında oluşturulan herhangi bir tenler kaldırmak için ulaşılana kadar vakum pompası başlatın. Vakum sistemi kaçağı ücretsiz olduğundan emin olun.</li>
	<li>Alt araç plaka için bir destek üssü dört kenarlarını kelepçe. Çünkü manyetik çekim kuvvetleri taşımak ve plaka yukarı kaydır alt araç plaka karşı hareketi mıknatıslar yerleşimini önce düzeltilmesi gerekir.</li>
	<li>Laminat için 45 dakika oda sıcaklığında tedavi sonra araç plakasının 60 ° c ~ 5 ° C/dak rampa oranında sıcaklığı artırarak takip vakum çanta üzerinde mıknatıslar (2.1.1 bölümünde hazır) kümesi yer izin. Not: (1 tedavi döngüsü seçili reçine bağlıdır. (2) silikonlu plastik ısı çarşaf altında ısıtma aracı plaka yerleştirilir.</li>
	<li>60 ° C'de 8 h için kür sonra vakum çanta kaldırmak ve bileşik laminat demold. Not: laminat sonucu olarak manyetik basınç uygulayarak kalitesini iyileştirme değerlendirmek için biz herhangi bir dış baskı uygulamadan bir geleneksel ıslak iş vakum çanta işlemi kullanarak laminat bir dizi imal edilmiştir. Bu laminat kalitesini manyetik baskı altında yapılan değişikliklerle karşılaştırıldı. Geleneksel ıslak iş kullanarak laminat imal etmek vakum çanta, adımları 2.1.2-2.15 takip, mıknatıslar yerleşimi hariç. Her üretim işleminin tekrarlanabilirlik değerlendirmek için ikinci bir laminat aynı koşullar altında fabrikasyon.</li>
</ol>3. manyetik sıkıştırma basınç ölçümü
<ol><li>Üst plaka yük hücresi bir mekanik test cihazda sonuna ekleyin.</li>
	<li>Yer bir N52 Neodim-demir-bor Daimi Mıknatıs en üstünden yeterli bir mesafe (en az 25 mm) konumlandırılmış alt hareketli plaka üzerinde test başında plaka sabit. Not: manyetik kuvvet ölçüm için alt ve üst plakalar çelik gibi manyetik malzemenin yapılmalıdır.</li>
	<li>Alt plaka yukarı 1-2 mm/dak üst plaka doğru düşük bir hızda hareket ve doğrusal değişken diferansiyel transformatör (LVDT) 6 Hz örnekleme hızında karşılık gelen uzaklığı ölçme sırasında oluşturulan manyetik kuvvet kaydedin. Not: (1) Bu test hızı mıknatıslar tarafından oluşturulan force katlanarak hava boşluğu arasında bağlıdır çünkü önemlidir. (2) tüm Manyetik ölçümleri oda sıcaklığında gerçekleştirilir.</li>
	<li>Üst plaka mıknatıs üst yüzeyine dokunduğundan kadar manyetik sıkıştırma kuvvetleri izlemeye devam edin.</li>
	<li>Manyetik sıkıştırma basıncı kesiti mıknatıs manyetik zorla bölerek hesaplayın.</li>
</ol>4. Burn-off ve Thermogravimetric Analizi (TGA) reçine
<ol><li>Reçine yazma-off<ol>
<li>ASTM D2584-11 özellikleri41göre test reçine yazma-off için her kesim üç numuneler laminat.</li>
		<li>Her örnek bir ayrı porselen pota yerleştirin ve örneklerin yanı sıra Potalar ağırlıkları unutmayın.</li>
		<li>Bir fırın örnekleri içeren Potalar yerleştirin, üzerinde fırın açmak, 600 ° c fırın sıcaklığı artırmak ve yazma-off 4 h için reçine sağlar.</li>
		<li>Fırın açmak, dikkatle fırın kapıyı aç ve oda sıcaklığında Potalar çıkarmadan önce soğumasını bekleyin.</li>
		<li>Cool-aşağı sonra Potalar fırın kaldırmak ve kurtarılan cam elyaf tartın. Not: Lifler reçine yazma-off sırasında kilo. Onlar yüksek ısıya maruz kalınca liflerinin kilo kaybı miktarını thermogravimetric Analizi (TGA) tarafından belirlenebilir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Thermogravimetric Analizi (TGA)<ol>
<li>Atmosfer basıncında TGA kullanarak hava sıcaklığında artan bir fonksiyonu olarak lif kilo kaybı ölçmek. Yaklaşık 30 mg fiber platin bir tavaya yerleştirin ve TGA cihazın içine yükleyin.</li>
		<li>25 ° c sıcaklık 600 ° c 15 ° C/dk hızında rampa, 4 h için sıcaklık tutun ve ağırlığı yüzde azalma hesaplamak. Kilo kaybı yüzde liflerinin muhasebesi için lif birim kesir ve geçersiz birim kesir hesaplamalar sırasında. Not: 600 ° C, düz örgü ve rasgele hasır için kilo kaybı, TGA test sonuçlarına göre bu çalışmada kullanılan Preform ve 5.46 %0,2 sırasıyla vardır.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. void ve Fiber hacim kesir hesaplama
<ol><li>Kompozit numune, matris ve lif yoğunluğunu belirlemek:<ol>
<li>Süspansiyon yöntemi42 toplu kompozit numune yoğunluğunu belirlemek için kullanın. Not: Kompozit numune başlangıçta ağır sıvı içinde dalmış zaman yüzen bu yöntem için saydam bir ağır sıvı 2,49 g/cm3 yoğunluğu ile kullanılır.<ol>
<li>3 mL su ekleyerek ağır sıvı yoğunluğu azaltmak ve çözüm 105 rad s-1 5 dakika süreyle, manyetik karıştırıcı tarafından karıştırma yavaş yavaş ağır sıvı/su karışımı askıya almak kompozit numune başlayana kadar bu adımı yineleyin.</li>
			<li>Bir kez örnek ağır sıvı ve su karışımı askıda kalması çözüm yoğunluğu ayarlandı, özgül ağırlık fincan kullanarak çözüm yoğunluk ölçer.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Aynı tedavi kullanarak örnekler 2.14 ve 2.15 adımlarda verilen geçiş yapmak ve 5.1.1.1 ve 5.1.1.2 aynı yordam kullanılarak tedavi reçine numuneler yoğunluğunu belirlemek boşluk içermeyen reçine hazırlayın. Not: Yoğunluğu INF tedavi ve EPON numuneler 1.152 ± 0,003 g/cm3 ve 1.171 ± 0,003 g/cm3, anılan sıraya göre.</li>
		<li>Azot pycnometer43 10 cm3 su bardağı ile elyaf yoğunluğu elde etmek için kullanın. Not: Düz örgü ve rasgele hasır kumaş yoğunluğu are 2,600 ± 0,003 g/cm3 ve 2.470 ± 0,004 g/cm3, anılan sıraya göre.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Elyaf ve reçine ASTM D2584-1141göre ağırlık kısmını hesaplayın.</li>
	<li>ASTM D3171-15 yordamlar44 izleyen boşluk ve lif birim kesir hesaplamak <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq1.jpg">(1) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq2.jpg">(2) <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq3.jpg">(3) nerede <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq4.jpg"> reçine birim Kesir <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq5.jpg"> fiber birim Kesir <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq6.jpg"> geçersiz birim Kesir <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq7.jpg"> kompozit, yoğunluğu <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq8.jpg"> reçine, yoğunluğu <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq9.jpg"> lif, yoğunluğu <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq10.jpg"> olduğunu örnek ağırlık, ve <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/57254/57254eq11.jpg"> fiber ağırlığıdır. Not: Geçersiz birim içerik için belirsizlik ±0.21%45olması için hesaplanır. Laminat % 1'den az bir düşük-geçersiz içeriğe sahip olsa bile bu düzeyde doğruluk bileşik laminat için yeterlidir.</li>
</ol>6. Tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüleme
<ol><li>Her laminat üzerinden iki 25,4 mm × 6.4 mm numuneler kesin ve hızlı-tedavi akrilik SEM görüntüleme için onları gömmek. Not: 25,4 mm örnek uzunluğu boyunca laminat yan yüzeyi (kalınlığı ile yüzey) görüntüleme için maruz öyle ki numuneler katıştırılır.</li>
	<li>Polisaj makinesi 30 için 0,04 µm arasında kum boyutları ile katıştırılmış kompozit numune yüzeyinin parlatmak için kullanın.</li>
	<li>Altın/Paladyum iletken bir katmanı sağlamak için hazırlanan numune üzerine sputter kat yaklaşık 5 nm.</li>
	<li>Örnek bir örnek tutucu üzerine monte ve SEM odasına koy</li>
	<li>İvme gerilim 20 gibi parametreleri Imaging SEM ayarla kV ve çalışma mesafesi 25,5 mm.</li>
	<li>Laminat 35 X veya daha yüksek büyütme çeşitli yerlerinde birden çok görüntüsünü yakalamak. Not: Seçilen büyütme boşlukları değerlendirilmesi üzerinde büyük bir kesit alanı aynı zamanda laminat kalınlığı görsel karşılaştırmasını sağlar. Laminat kalınlıkta doğru ölçümler bu görüntüleri kullanılarak yapılabilir.</li>
</ol>7. bükülme özellikleri karakterizasyonu
<ol><li>Kesik yedi 12,7 mm geniş örneklerin her bileşik üzerinden bir küme laminat üç sayılık bir elmas-kum testere kullanarak ASTM D790-1546 göre bükme bükülme testler için.</li>
	<li>Genişlik ve kalınlığı her örnek bir kumpas ile ölçebilir.</li>
	<li>Kalınlık oranı 24:1 bir yayılma alanına kullanın ve üç nokta bükme testi fikstür destek yayılımı ayarlayın. Örnek üç nokta bükme bükülme test fikstür mekanik test aleti monte üzerine yerleştirin.</li>
	<li>2 mm/dak crosshead hızda bükülme testi gerçekleştirmek ve numune yük-saptırma davranışını kaydedin.</li>
	<li>Onaylamak ve tekrarlanabilirlik sonuçları sağlamak tüm örnekler için yukarıdaki adımları yineleyin.</li>
	<li>Deneme tamamlandığında, bükülme gücü hem de örnek39,40bükülme modülü hesaplayın.</li>
</ol>

Yazarlar herhangi bir açıklamaları var mı.

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.

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.

<table><tbody><tr><td>Plain weave glass fiber</td><td>Hexcel</td><td>HexForce 3733</td><td>The type of fibers can be substituted with any type of fabrics</td></tr><tr><td>Randomly oriented chopped strand glass fiber</td><td>Fiberglast</td><td>248</td><td></td></tr><tr><td>TenCate EX-1522/IM7</td><td>Tencate</td><td></td><td>it is a plain weave carbon/epoxy prepreg</td></tr><tr><td>PRO-SET INF-114 Infusion Epoxy</td><td>Composite Envisions</td><td>1758</td><td>The type of resin can be substituted with any type of resin suitable for wet lay-up vacuum bag process</td></tr><tr><td>PRO-SET INF-211 Medium Infusion Hardener</td><td>Composite Envisions</td><td>1760</td><td></td></tr><tr><td>EPON 862</td><td>Hexion Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EPIKURE Curing Agent 3300</td><td>Hexion Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NdFeB, N52-2.54 &amp;times; 2.54 &amp;times; 1.27 cm3</td><td>K&amp;amp;J Magnetics, Inc.</td><td>BX0X08-N52</td><td>Magnets can be substitued with any type depending on the required pressure and application</td></tr><tr><td>OLFA rotary cutter</td><td>Fibre Glast</td><td>1706-A</td><td></td></tr><tr><td>Tacky tape</td><td>De-Comp Composites</td><td>D413Y</td><td></td></tr><tr><td>Polyester tape</td><td>De-Comp Composites</td><td>D574A</td><td></td></tr><tr><td>Squeegees</td><td>Fibre Glast</td><td>62-A</td><td>Any type of squeegees can be used</td></tr><tr><td>Roller</td><td>De-Comp Composites</td><td>D205</td><td>Any type of rollers can be used</td></tr><tr><td>PTFE-Coated&amp;nbsp;fiberglass fabric sheets</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>8577K81</td><td></td></tr><tr><td>PTFE release agent dry lubricant</td><td>Miller-Stephenson</td><td>MS122AD</td><td></td></tr><tr><td>Perforated release film</td><td>Fibre Glast</td><td>1787-C</td><td></td></tr><tr><td>Breather cloth</td><td>De-Comp Composites</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum&amp;nbsp;bag&amp;nbsp;film</td><td>Rock West Composite</td><td>WRIGHTLON 7400</td><td></td></tr><tr><td>Aluminum twist lock vacuum valve</td><td>De-Comp Composites</td><td>D401</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>Best Value Vacs</td><td>BVVRS1</td><td></td></tr><tr><td>Flexible silicone-rubber heat sheets, adhesive backing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>35765K429</td><td></td></tr><tr><td>400-series steel plate, 6.35 mm-thick</td><td></td><td></td><td>The lay-up is prepared on this plate</td></tr><tr><td>steel plate, 4.76 mm-thick</td><td></td><td></td><td>The magnets are attached to this plate</td></tr><tr><td>Aluminum sheet, 0.3-mm thick</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lab stirrer mixer</td><td>Caframo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laboratory weigh scale</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>AccuPyc II 1340 automatic gas pycnometer</td><td>Micromeritics Instrument Corporation</td><td>134/00000/00</td><td></td></tr><tr><td>Specific gravity cup, 83.2 mL</td><td>Gardco</td><td>EW-38000-12</td><td></td></tr><tr><td>Acrylic cold mounting resin</td><td>Struers</td><td>LevoCit</td><td></td></tr><tr><td>Grinder/polisher</td><td>Struers</td><td>LaboSystem</td><td></td></tr><tr><td>Porcelain crucibles, 30 mL</td><td>United Scientific Supplies</td><td>JCT030</td><td></td></tr><tr><td>Plastic Cups, 12 Oz, clear</td><td></td><td></td><td>It is used as epoxy mixing cups</td></tr></tbody></table>

magnet assisted composite manufacturing: a flexible new technique for achieving high consolidation pressure in vacuum bag/lay-up processes

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.

Laminat kalitesini MACM etkisini araştırmak için farklı kumaş türleri kullanın ve sistemleri reçine çeşitli senaryolar kabul edildi. Tablo 1 üretim süreci ve 6 katlı, E-cam/epoksi kompozit laminat kompozit bileşenlerinin altında altı farklı imalat senaryoları üretilen raporlar. Temel senaryolarda (W-PW-INF, W-RM-INF ve W-RM-EPON) laminat ıslak iş vakum çanta dış baskı olmadan tarafından fabrikasyon. Diğer üç senaryo (WM-PW-INF, WM-RM-INF ve WM-RM-EPON) ıslak iş vakum çanta laminat manyetik sıkıştırma baskı altında imal için kullanılır. Bu laminat kalitesini sonra temel senaryolar tarafından yapılan karşılaştırılır. Birinci ve ikinci senaryolara göre W-PW-INF ve WM-PW-INF, düz örgü E-cam/INF laminat cihazlarında. Üçüncü ve dördüncü senaryolarında, W-RM-INF ve WM-RM-INF, düz örgü kumaş rasgele mat ile değiştirilir ve aynı reçine sistemi (Yani, INF) kullanılır. Reçine sistemi 766.9 bir orta derecede yüksek viskozite olan EPON ile değiştirilir beşinci ve altıncı senaryolarda, W-RM-EPON ve WM-RM-EPON, kumaş rasgele mat E-cam, iken mPa s 296 mPa s INF reçine için karşılaştırıldığında. Son dört senaryo daha ayrıntılı bir analiz-ebilmek bulunmak Pishvar ve ark. 2017 ve Amirkhosravi ve ark. 201738,39.
Şekil 2a manyetik basıncı NdFeB, N52 2.54 × 2.54 × 1,27 cm3 magnet mıknatıs ve çelik levha arasındaki mesafe bir fonksiyonu olarak sunar. Bu mesafe iş kalınlık için bileşik laminat imalatı sırasında karşılık gelen ve böylece mıknatıslar tarafından uygulanan sıkıştırma basıncı varyasyonu belirlemek için kullanılabilir. Şekil 2a ilave manyetik basıncı varyasyon mesafe bir fonksiyonu olarak ölçmek için kullanılan deneysel set-up fotoğrafı gösterir. İletişim kuralı 3 bölümünde açıklandığı gibi set-up iki paralel çelik plakaları (12,5 cm × 12,5 cm × 1,8 cm) oluşur. Üst plaka 4,45 kN (1000 lb) yük-hücreye bağlı. Alt plaka çapraz-kafa bir mekanik test aleti monte edilir. Bu ayarı kullanarak, alt plaka üzerinde yerleştirilen Daimi Mıknatıs çekim kuvveti (Yani, mıknatıs ve üst çelik plaka arasındaki mesafe) boşluğu bir fonksiyonu olarak ölçülür. Kesikli çizgi Şekil 2a olarak ölçülen manyetik basınç (kuvvet mıknatıs alanı üzerinde) tarafından mekanik test aleti, ve düz çizgiyi mıknatıslar Tedarikçi tarafından sağlanan verileri üzerinden belirlenen basınç temsil eder. Ölçülen basınç ve tedarikçi tarafından sağlanan teknik bilgi formu üzerinden elde edilen değerler arasında genellikle iyi anlaşma olduğunu. Bu manyetik basıncı artış katlanarak boşluğu azaltma üzerinde bağlıdır görülmektedir. Bu nedenle, laminat Kavurma işlemi sırasında birleştirir gibi iş kalınlığı yavaş yavaş azalır ve sonuç olarak, mıknatıs tarafından uygulanan basıncı yükselir. Şekil 2b Şekil 2a ama 1-4,5 mm boşluk (Yani, iş kalınlık) aralığı için sunulan aynı deneysel verileri gösterir. Buna ek olarak, ilk ve son manyetik basıncı farklı kumaş türleri (Örneğin, düz örgü ve rasgele mat) oluşan laminat tedavi sırasında uygulanan ve reçine sistemleri (Yani, INF ve EPON) Şekil 2biçinde görüntülenir. Düz örgü/INF laminat (WM-PW-INF) konsolidasyon sırasında iş kalınlığı 1.5 mm 1.4 mm reçine çıkış ve tedavi nedeniyle azalır. Buna göre manyetik basıncı biraz 0,39 MPa 0,38 yükselir. Rasgele mat/INF iş kalınlığı için 1.7 mm 2.8 mm (WM-RM-INF) değişiklikleri astarlar ve sonuç olarak, manyetik basıncı önemli ölçüde 0,36 MPa için 0,27 artar. Rasgele mat ile/EPON (WM-RM-EPON) yapılan laminat iş kalınlığı 3.7 mm 2.5 mm azalır ve böylece, oluşturulan basınç orta 0.29 MPa için 0,22 yükselir.
Tablo 2 ortalama kalınlık, fiber birim kesir ve ve manyetik konsolidasyon basıncı olmadan üretilen laminat kısmını geçersiz birim sunar. Tablo 2' de gösterildiği gibi manyetik sıkıştırma basıncı önemli ölçüde kullanan laminat ortalama kalınlığı 12-47 oranında azaltır. Beklendiği gibi laminat kalınlığı azalma şiddetle nerede laminat fiber birim kısmını önemli ölçüde manyetik basıncı nedeniyle 13-98 oranında artırır laminat, fiber birim kısmını artış ile ilişkilidir. Tüm senaryolar arasında rastgele mat/INF laminat üzerinde manyetik basınç uygulayarak etkisini daha (Yani, fiber birim kesir %98 artış) iki faktörler nedeniyle belirgin: (1) bir daha düşük ilk lif birim kısmını sıkıştırılmamış rasgele mat laminat düz örgü laminat ve (2) 296 mPa s, böylece daha kolay aşırı reçine kaldırılmasını sağlayan bir düşük viskozite reçine kullanımıyla karşılaştırıldığında. Ayrıca manyetik basınç uygulayarak laminat 3,4-%5,8 1.5-%2.7 geçersiz birim kısmını azalan ek bir avantaj olduğunu dikkate değerdir. Böylece, manyetik basıncı sadece da boşlukları laminat dışında aşırı reçine kullanıyor.
Şekil 3 görüntüler SEM görüntüleri E-cam/epoksi astarlar, 35 X büyütme altında 6 farklı senaryolar üretilmiş. Kolay görsel karşılaştırma için bir dış baskı olmadan yapılan laminat görüntülerini sol tarafta gösterilir ve manyetik sıkıştırma altında yapılan laminat sağ tarafta sunulmaktadır. Bu görüntülerden manyetik sıkıştırma basınç kullanan çok geliştirilmiş konsolidasyon plies arasında sonuçlanır ve sonuç olarak, reçine zengini alanlarda belirgin bir şekilde azaltılmasına yol açar ki, belirgindir. Sonuç olarak, laminat kalınlığı oldukça azalır ve lif birim kesir, özellikle rasgele hasır kumaş ve INF reçine (WM-RM-INF) yapılmış ince tabakalar içinde artar. Bu görüntüleri de boşlukları morfolojisi ile ve dış baskı olmadan yapılan ince tabakalar içinde çok farklı olduğunu gösteriyor. Manyetik basınç uygulayarak boşlukları sayısını azaltır ve boşlukları daha küçük, daha düşük bir geçersiz birim kesir ince tabakalar içinde önde gelen yapar. Son olarak, plies arasında bulunan boşluklar sıkıştırma götürmek-e doğru daha fazla boşlukları uzamış.
Tablo 3 bükülme gücü ve tüm laminat ve yüzde artış in manyetik konsolidasyon basıncı altında yapılan laminat bükülme özelliklerini gösterir. Sonuçlar açıkça bükülme gücü ve laminat in önemli ölçüde manyetik basıncı kullanarak gelişmiş olduğunu gösterir. %98 rastgele mat/INF laminat (WM-RM-sırasıyla yüzde 1.46, bükülme gücü ve laminat in nedenleri % 62 ve %67 artış en az bir geçersiz içeriğe sahip iken INF), fiber birim kısmını bir artış. Başlangıçta sırasıyla fiber birim kesir en düşük artış gösterdi, % 13, % 7 ve % 22, bükülme gücü ve modülü, en düşük fiyat iyileştirme sergilenen olarak beklenen, düz örgü/INF laminat (WM-PW-INF). Sonuç olarak, geliştirme bileşik laminat manyetik konsolidasyon basıncı altında yapılan çeşitli bükülme özelliklerindeki genel olarak laminat kalitesini artırmak için MACM kapasitesini kanıtlıyor.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>İmalat Senaryo</td>
			<td>Kumaş türü</td>
			<td>Reçine sistemi</td>
			<td>Üretim süreci</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-PW-INF</td>
			<td>Düz örgü E-cam</td>
			<td>INF</td>
			<td>Dış basınç kullanmadan geleneksel ıslak iş vakum çanta</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-PW-INF</td>
			<td>Düz örgü E-cam</td>
			<td>INF</td>
			<td>Manyetik konsolidasyon basıncı kullanmak ile ıslak iş vakum çanta</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-RM-INF</td>
			<td>Rasgele mat E-cam</td>
			<td>INF</td>
			<td>Dış basınç kullanmadan geleneksel ıslak iş vakum çanta</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-RM-INF</td>
			<td>Rasgele mat E-cam</td>
			<td>INF</td>
			<td>Manyetik konsolidasyon basıncı kullanmak ile ıslak iş vakum çanta</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-RM-EPON</td>
			<td>Rasgele mat E-cam</td>
			<td>EPON</td>
			<td>Dış basınç kullanmadan geleneksel ıslak iş vakum çanta</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-RM-EPON</td>
			<td>Rasgele mat E-cam</td>
			<td>EPON</td>
			<td>Manyetik konsolidasyon basıncı kullanmak ile ıslak iş vakum çanta</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 1: Ayrıntılarını bileşenlerinin ve 6 katlı bileşik laminat üretiminde kullanılan altı uydurma senaryoları.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Üretim senaryo</td>
			<td>Ortalama kalınlığı (mm)</td>
			<td>Fiber birim kesir (%)</td>
			<td>Fiber birim kesir (%) artırmak</td>
			<td>Geçersiz birim kesir (%)</td>
			<td>Geçersiz birim kesir (%) azalma</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-PW-INF</td>
			<td>0,98 ± 0,01</td>
			<td>45.65 ± 0,82</td>
			<td>―</td>
			<td>3,44 ± 0,46</td>
			<td>―</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-PW-INF</td>
			<td>0,86 ± 0,01</td>
			<td>51.63 ± 0,87</td>
			<td>13</td>
			<td>1.74 ± 0.39</td>
			<td>49</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-RM-INF29
</td>
			<td>2.28 ± 0,04</td>
			<td>24.84 ± 1,14</td>
			<td>―</td>
			<td>5,09 ± 0,69</td>
			<td>―</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-RM-INF29
</td>
			<td>1,21 ± 0,01</td>
			<td>49.10 ± 0,87</td>
			<td>98</td>
			<td>1.46 ± 0,24</td>
			<td>71</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-RM-EPON30
</td>
			<td>3.18 ± 0,01</td>
			<td>17.34 ± 0,84</td>
			<td>―</td>
			<td>5.81 ± 1,24</td>
			<td>―</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-RM-EPON30
</td>
			<td>1,99 ± 0.03</td>
			<td>26,88 ± 1,99</td>
			<td>55</td>
			<td>2,71 ± 0,36</td>
			<td>53</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 2: ortalama kalınlık, fiber birim kesir ve 6 katlı laminat kısmını geçersiz birim imal altında altı farklı senaryolar. Fiber birim kesir ve yüzde azalma geçersiz birim kesir manyetik sıkıştırması nedeniyle yüzde artış (n = 6 fiber birim kesir ve geçersiz birim kesir ve n = 35 ortalama laminat için kalınlığı; % 95 güven aralıkları tüm veriler için) vardır Ayrıca verilen.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Üretim senaryo</td>
			<td>Bükülme gücü (MPa)</td>
			<td>Bükülme gücü (%)</td>
			<td>Bükülme modülü (GPa)</td>
			<td>Bükülme modülü (%) artırın</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-PW-INF</td>
			<td>638.9 ± 27.0</td>
			<td>―</td>
			<td>24,1 ± 0.5</td>
			<td>―</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-PW-INF</td>
			<td>681.1 ± 35.5</td>
			<td>7</td>
			<td>29,5 ± 0.9</td>
			<td>22</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-RM-INF29
</td>
			<td>218.9 ± 11,4</td>
			<td>―</td>
			<td>8.4 ± 0,3</td>
			<td>―</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-RM-INF29
</td>
			<td>354.6 ±15.5</td>
			<td>62</td>
			<td>14.0 ± 0,8</td>
			<td>67</td>
		</tr>
<tr>
<td>W-RM-EPON30
</td>
			<td>158.1 ± 8.9</td>
			<td>―</td>
			<td>6.8 ± 0,1</td>
			<td>―</td>
		</tr>
<tr>
<td>WM-RM-EPON30
</td>
			<td>253.5 ± 20,1</td>
			<td>60</td>
			<td>9.9 ± 0,6</td>
			<td>46</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 3: Bükülme gücü ve modül bileşik laminat ve yüzde artış manyetik sıkıştırması nedeniyle bükülme özellikleri (n = 7 EPON ve n tarafından yapılan ince tabakalar için = 14 geri kalan; % 95 güven aralıkları tüm veriler için).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57254/57254fig1.jpg"> Şekil 1: bileşik iş hazırlanması ve uygulama protokolü bölümünde açıklandığı gibi manyetik basıncı basitleştirilmiş bir şematik. Bu amaçla, 25 NdFeB, N52 2.54 2.54 × × 1,27 cm3 kalıcı mıknatıslar konsolidasyon basıncı bileşik iş uygulamak için kullanılmaktadır. <a href="/files/ftp_upload/57254/57254fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57254/57254fig2.jpg"> Şekil 2: (a) Manyetik basıncı varyasyonu NdFeB, N52 2.54 2.54 × × 1,27 cm3 mıknatıs boşluğu (Yani, iş kalınlık) bir fonksiyonu olarak oluşturulur. İlave manyetik basıncı ölçmek için kullanılan deneysel set-up fotoğrafı gösterir. (b) düz örgü/INF (WM-PW-INF), rastgele mat/INF(WM-RM-INF) ve rasgele mat/EPON (WM-RM-EPON) laminat kür sırasında uygulanan ilk ve son manyetik basıncı. <a href="/files/ftp_upload/57254/57254fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57254/57254fig3.jpg"> Resim 3: bir ıslak iş vakum çanta ile ve manyetik basıncı kullanmadan işlemiyle fabrikasyon 6 katlı E-cam/epoksi kompozit laminat SEM görüntüleri. (a) W-PW-INF (düz örgü/INF laminant, dış baskı olmadan), (b) WM-PW-INF (düz örgü/INF laminat, manyetik basıncı ile), (c) W-RM-INF (rasgele mat/INF laminat, dış baskı olmadan), (d) WM-RM-INF () rasgele mat/INF laminat, manyetik basıncı ile), (e) W-RM-EPON dış baskı olmadan (rasgele mat/EPON laminat) ve (f) WM-RM-EPON (rasgele mat/EPON laminat, manyetik basıncı ile). <a href="/files/ftp_upload/57254/57254fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes at JoVE.com

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

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.

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 ...

magnet-assisted-composite-manufacturing-flexible-new-technique-for

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

13.4K Görüntüleme.  University of Oklahoma. 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.

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

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite in&#64257;ltration of 3D interconnected microfluidic networks. The manufacturing of the reinforced beams begins with the fabrication of microfluidic networks, which involves layer-by-layer deposition of fugitive ink filaments using a dispensing robot, filling the empty space between filaments using a low viscosity resin, curing the resin and finally removing the ink.&#160;Self-supported 3D structures with other geometries and many layers (e.g.&#160;a few hundreds layers) could be built using this method. The resulting tubular micro&#64258;uidic networks are then infiltrated with thermosetting nanocomposite suspensions containing nanofillers (e.g.&#160;single-walled carbon nanotubes), and subsequently cured. The infiltration is done by applying a pressure gradient between two ends of the empty network (either by applying a vacuum or vacuum-assisted microinjection). Prior to the infiltration, the nanocomposite suspensions are prepared by dispersing nanofillers into polymer matrices using ultrasonication and three-roll mixing methods. The nanocomposites (i.e.&#160;materials infiltrated) are then solidified under UV exposure/heat cure, resulting in a 3D-reinforced composite structure. The technique presented here enables the design of functional nanocomposite macroscopic products for microengineering applications such as actuators and sensors.

Three-dimensional (3D) microstructured composite beams are fabricated through the directed and localized infiltration of nanocomposites into 3D porous microfluidic networks. The flexibility of this manufacturing method enables the utilization of different thermosetting materials and nanofillers in order to achieve a variety of functional 3D reinforced nanocomposite macroscopic products.

Mikroakışkan Sızma yoluyla üç boyutlu mikrostrüktürlü nanokompozitlerin İmalat

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Kimya

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) and Electron Beam Melting (EBM). In spite of its potential processing capability, the direct AM method has several disadvantages such as high cost, poor surface finish of final products, limitation in material selection, high thermal stress, and anisotropic properties of parts. We propose a cost-effective method to manufacture 3D lattice metals. The objective of this study is to provide a detailed protocol on fabrication of 3D lattice metals having a complex shape and a thin wall thickness; e.g., octet truss made of Al and Cu alloys having a unit cell length of 5 mm and a cell wall thickness of 0.5 mm. An overall experimental procedure is divided into eight sections: (a) 3D printing of sacrificial patterns (b) melt-out of support materials (c) removal of residue of support materials (d) pattern assembly (e) investment (f) burn-out of sacrificial patterns (g) centrifugal casting (h) post-processing for final products. The suggested indirect AM technique provides the potential to manufacture ultra-lightweight lattice metals; e.g., lattice structures with Al alloys. It appears that the process parameters should be properly controlled depending on materials and lattice geometry, observing the final products of octet truss metals by the indirect AM technique.

An indirect additive manufacturing method combining a 3D printing of polymers with a centrifugal casting is outlined for manufacturing 3D octet truss metals (Al and Cu alloys) having a unit cell length of 5 mm with a wall thickness of 0.5 mm.

Santrifüj Döküm kullanma İnce bölümler Örgü Metal Dolaylı Fabrikasyon

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

Mühendislik

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 ...

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

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 component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

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 ...

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 ...

Biyomühendislik

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Silikon nitrür membranlar üzerinde manyetik nanoyapıları imalatı transmisyon mikroskopisi teknikleri kullanarak manyetik girdap etütler

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for high wear, high hardness, and lightweight material applications such as armors. To overcome this challenge, negative additive manufacturing (AM) is employed to produce complex geometries of boron carbides at various length scales. Negative AM first involves gelcasting a suspension into a 3D-printed plastic mold. The mold is then dissolved away, leaving behind a green body as a negative copy. Resorcinol-formaldehyde (RF) is used as a novel gelling agent because unlike traditional hydrogels, there is little to no shrinkage, which allows for extremely complex molds to be used. Furthermore, this gelling agent can be pyrolyzed to leave behind ~50 wt% carbon, which is a highly effective sintering aid for B4C. Due to this highly homogenous distribution of in situ carbon within the B4C matrix, less than 2% porosity can be achieved after sintering. This protocol highlights in detail the methodology for creating near fully dense boron carbide parts with highly complex geometries.

A method called negative additive manufacturing is used to produce near fully dense complex shaped boron carbide parts of various length scales. This technique is possible via the formulation of a novel suspension involving resorcinol-formaldehyde as a unique gelling agent that leaves behind a homogenous carbon sintering aid after pyrolysis.

Karmaşık şekilli bor karbürler katkı üretimini olumsuz

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of workers than the traditional manual fiber placement does. Thus, the production accuracy, repeatability and efficiency of composite manufacturing are significantly improved. However, the current AFP systems can only produce the composite components with large open surface or simple revolution parts, which cannot meet the growing interest in small complex or closed structures from industry.
In this research, by employing a 1-degree of freedom (DoF) rotational stage, a 6-RSS parallel robot, and a 6-DoF serial robot, the dexterity of the AFP system can be significantly improved for manufacturing complex composite parts. The rotational stage mounted on the parallel robot is utilized to hold the mandrel and the serial robot carries the placement head to mimic two human hands that have enough dexterity to lay the fiber to the mandrel with complex contour.
Although the CCM system increases the flexibility of composite manufacturing, it is quite time-consuming or even impossible to generate the feasible off-line path, which ensures uniform lay-up of subsequent fibers considering the constraints like singularities, collisions between the fiber placement head and mandrel, smooth fiber direction change and keeping the fiber placement head along the norm of the part&#39;s surface, etc. Moreover, due to the existing positioning error of the robots, the on-line path correction is needed. Therefore, the on-line pose correction algorithm is proposed to correct the paths of both parallel and serial robots, and to keep the relative path between the two robots unchanged through the visual feedback when the constraint or singularity problems in the off-line path planning occur. The experimental results demonstrate the designed CCM system can fulfill the movement needed for manufacturing a composite structure with Y-shape.

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

A collaborative composite manufacturing system is developed for robotic lay-up of composite laminates using the prepreg tape. The proposed system allows the production of composite laminates with high levels of geometrical complexity. The issues in the path planning, coordination of the robots and control are addressed in the proposed method.

İşbirlikçi Kompozit Üretim (CCM) Sisteminin İşleyişi

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of ...

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 ...

Elyaf Kompozit Laminatların İmalatı ve Mekanik Özellik Değerlendirmesi

Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the forming pressure, the mass fraction of fiber is reduced and lots of air bubbles are trapped inside, resulting in low-quality laminates (low stiffness and strength). The wet hand lay-up/vacuum bag (WLVB) process for the fabrication of composite laminates is based on the traditional wet hand lay-up process, using a vacuum bag to remove air bubbles and provide pressure, and then carrying out the heating and curing process. 
Compared with the traditional hand lay-up process, laminates manufactured by the WLVB process show superior mechanical properties, including better strength and stiffness, higher fiber volume fraction, and lower void volume fraction, which are all benefits for composite laminates. This process is completely manual, and it is greatly influenced by the skills of the preparation personnel. Therefore, the products are prone to defects such as voids and uneven thickness, leading to unstable qualities and mechanical properties of the laminate. Hence, it is necessary to finely describe the WLVB process, finely control steps, and quantify material ratios, in order to ensure the mechanical properties of laminates. 
This paper describes the meticulous process of the WLVB process for preparing woven plain patterned glass fiber reinforcement composite laminates (GFRPs). The fiber volume content of laminates was calculated using the formula method, and the calculated results showed that the fiber volume content of WL laminates was 42.04%, while that of WLVB laminates was 57.82%, increasing by 15.78%. The mechanical properties of the laminates were characterized using tensile and impact tests. The experimental results revealed that with the WLVB process, the strength and modulus of the laminates were enhanced by 17.4% and 16.35%, respectively, and the specific absorbed energy was increased by 19.48%.

Yazar Spot Işığı: Islak El Yatırma/Vakum Torbası İşlemi ile Fiber Kompozit Laminat Kalitesinin Artırılması 

This paper describes a fabrication process for fiber-reinforced polymer matrix composite laminates obtained using the wet hand lay-up/vacuum bag method.

Farklı İmalat İşlemleri ile Elde Edilen Cam Elyaf Takviyeli Polimer Kompozit Laminatların Mekanik Özelliklerinin Ölçülmesi

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...