Изучение технологии дебондинга

Вуали из углеродного волокна представляют собой тонкие нетканые материалы, которые позволяют расклеивать клеевые композитные соединения. В этом исследовании изучается влияние трех различных вуалей из углеродного волокна на механические, термические и электрические характеристики эпоксидных клеевых систем, зажатых между слоями полимера, армированного стекловолокном (стеклопластик).

По сравнению с чистыми эпоксидными конфигурациями, прослойка с вуалью из углеродного волокна увеличивает модуль упругости, температуропроводность и прочность на сдвиг внахлест (СЖО) клеевых соединений, одновременно снижая удельную теплоемкость (КП) и температуру стеклования (Тг). Анализ инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) показал, что нагретые образцы эпоксидной смолы и композитные образцы, изготовленные из переплетенной вуали из углеродного волокна, зажатой между двумя клеевыми слоями эпоксидной пленки при 100% u00b0C в течение 1 минуты, не показали каких-либо заметных изменений в их химической структуре.

Для исследования смачиваемости клеев стеклопластика были проведены измерения шероховатости поверхности и угла контакта с водой. Теплоэлектрическое моделирование, связанное методом конечных элементов, и решения на основе машинного обучения показали хорошее согласие с экспериментами по джоулевому нагреву. Термомеханическое расклеивание посредством джоулевого нагрева продемонстрировало эффективные характеристики расклеивания, такие как низкие требования к силе и времени, отсутствие разрывов волокон на поверхности склеек и избирательный нагрев склеенных участков соединений.

Промышленное применение и преимущества

Клеевое соединение привлекло значительное внимание в таких отраслях промышленности, как аэрокосмическая, автомобильная, строительная и спортивная техника, благодаря своей легкой функциональности, универсальности, равномерному распределению напряжений, коррозионной стойкости и экономической эффективности. Однако клеевые соединения чувствительны к температуре и влажности, что может снизить их долговечность.

Клеевые соединения также становятся все более важными в конструкционном применении полимерных композитов, армированных волокном. Аэрокосмическая промышленность отдает приоритет композитным материалам, поскольку эти легкие полимерные композиты повышают экономическую отдачу и обеспечивают устойчивые решения за счет снижения расхода топлива и выбросов СО2.

Кроме того, растет потребность в переработке композитов на основе полимера, армированного стекловолокном (стеклопластик) и полимерной матрицы, армированной углеродным волокном (углепластик). Международное законодательство об автомобилях с истекшим сроком эксплуатации (ПДВ) является важной инициативой, направленной на повышение уровня переработки, восстановления и повторного использования композитов, что требует безвредного отсоединения склеенных материалов. Следовательно, наблюдается растущая тенденция в разработке адгезионных технологий отрыва по требованию, поскольку современные технологии отрыва, основанные на механическом разделении, являются трудоемкими, дорогостоящими и сопряжены с риском повреждения склеиваемых материалов.

Разработанная технология расклейки будет полезна для расклейки клеевых композиционных соединений или гибридных металлокомпозитных соединений в аэрокосмической, ветроэнергетической, автомобильной, судостроительной и многих других отраслях промышленности.

Инновационные методы отопления

В технологиях удаления клея используются различные методы нагрева, такие как печь, селективный и индукционный нагрев. Джоулев нагрев (т.е. резистивный и омический нагрев) является перспективным методом в производстве композитов, используемым для контролируемого нагрева линии склеивания, клеевого соединения и оценки отслоения в однонахлестных соединениях углепластик-эпоксидный клей. Отчеты показывают, что термореактивный клей, отвержденный джоулевым нагревом, потреблял 4,5 кДж при 4 кВт, в то время как аналогичный образец требовал 3 МДж при 800 Вт во время отверждения в печи.

Адгезивные системы могут быть функционализированы неткаными вуалями для изготовления, производства электротермических материалов с быстрой реакцией, производства композитного ламината с помощью процесса джоулева нагрева, обнаружения повреждений и мониторинга композитных материалов и клеевых соединений.

Преодоление разрыва в знаниях

Целью данной работы является устранение следующих пробелов в существующей литературе: (i) разработка эффективного метода раскрепления конструкционных клееных материалов из стеклопластика, одновременно защищая их от негативного воздействия термомеханического раскрепления, и (ii) оценка джоулева нагрева как энергоэффективного метода. метод нагрева для расклейки соединений.

В настоящем исследовании применяется уникальный подход к использованию метода джоулевого нагрева для разъединения соединений, изготовленных из вуалей из углеродного волокна, прослоенных эпоксидной смолой. Исследования включают в себя: (i) характеристики поверхности стеклопластика после поверхностной обработки, (ii) влияние чередования различных вуалей из углеродного волокна в эпоксидные клеевые соединения на их термические и механические свойства, (III) характеристики джоулева нагрева различных конфигураций вуалей из углеродного волокна. и (iv) сравнение испытаний на джоулевый нагрев с результатами связанного термоэлектрического моделирования на основе конечных элементов и результатами решения на основе машинного обучения.

Методология

Материалы и подготовка образцов:
Для этого исследования были выбраны три типа вуалей из углеродного волокна, каждый из которых имеет разный диаметр волокна и плотность поверхности. Вуали были проложены эпоксидными клеевыми системами и зажаты между слоями стеклопластика. Образцы были подготовлены в соответствии со стандартными процедурами клеевого соединения, обеспечивающими постоянную толщину клеевого слоя и выравнивание слоев стеклопластика.

Механические испытания:
Для оценки механических характеристик склеенных соединений были проведены испытания на прочность на сдвиг внахлест (СЖО). Испытания проводились при комнатной температуре, а результаты сравнивались с чистыми эпоксидными конфигурациями. Дополнительные механические свойства, такие как модуль упругости, измеряли с помощью динамического механического анализа (прямой доступ к памяти).

Тепловые и электрические характеристики:
Температуропроводность и удельную теплоемкость (КП) измеряли с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Также определяли температуру стеклования (Тг). Измерения электропроводности были выполнены для оценки возможностей джоулева нагрева чередующихся соединений завесы из углеродного волокна.

FTIR-анализ:
Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) использовалась для анализа химической структуры нагретых образцов эпоксидной смолы и композитных образцов, изготовленных из переплетенной вуали из углеродного волокна. Образцы нагревали при 100 °C в течение 1 мин, чтобы наблюдать любые потенциальные химические изменения.

Шероховатость поверхности и смачиваемость:
Измерения шероховатости поверхности проводились с использованием профилометра для оценки характеристик поверхности клеев стеклопластика. Измерения угла контакта с водой проводились для оценки смачиваемости обработанных поверхностей.

Моделирование методом конечных элементов и машинное обучение:
Моделирование методом конечных элементов было проведено для моделирования связанного термоэлектрического поведения клеевых соединений во время джоулева нагрева. Также была разработана модель машинного обучения для прогнозирования температуры джоулева нагрева на основе входных параметров. Результаты моделирования и машинного обучения сравнивались с экспериментальными данными для проверки моделей.

Эксперименты по джоулевому нагреву:
Для оценки процесса разрыва связи были проведены эксперименты по джоулевому нагреву. Склеенные соединения подвергали воздействию электрического тока и контролировали температурный профиль. Были зафиксированы такие характеристики отсоединения, как сила, требуемое время и разрыв волокон на склеиваемых поверхностях.

Результаты и обсуждение

Чередование вуалей из углеродного волокна значительно улучшило механические и термические свойства клеевых соединений. СЖО суставов увеличился, что указывает на повышенную прочность сцепления. Модуль упругости и температуропроводность также показали улучшение, тогда как КП и Тг снизились, что указывает на улучшение возможностей терморегулирования.

FTIR-анализ подтвердил отсутствие существенных химических изменений в нагретых образцах, что указывает на то, что процесс чередования не изменил химическую структуру клея. Измерения шероховатости поверхности и смачиваемости показали улучшение характеристик поверхности, что способствует лучшей адгезии.

Моделирование методом конечных элементов и модели машинного обучения показали хорошее согласие с экспериментальными результатами, подтверждая точность прогнозных моделей. Эксперименты с джоулевым нагревом продемонстрировали эффективное отсоединение с минимальными затратами силы и времени, а также отсутствие разрывов волокон на склеиваемых поверхностях.

Это исследование демонстрирует эффективность использования вуалей из углеродного волокна, промежуточных с эпоксидными клеевыми системами, для расслоения клеевых соединений стеклопластика посредством джоулева нагрева. Процесс чередования улучшает механические и термические свойства соединений, а джоулевый нагрев обеспечивает энергоэффективный и эффективный метод раскрепления. Совместное использование моделирования методом конечных элементов и моделей машинного обучения позволяет точно прогнозировать поведение джоулева нагрева, что делает этот подход многообещающим решением для рассоединения по требованию в различных промышленных приложениях.