보이드(복합체)

Void (composites)

보이드는 복합 재료에 폴리머와 섬유로 채워지지 않은 채 남아 있는 모공이다. 공극은 일반적으로 재료의 제조 불량으로 인해 발생하며 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주된다. 공극은 합성물의 기계적 특성과 수명에 영향을 미칠 수 있다.[1] 주로 라미나르 전단 강도, 종방향 압축 강도, 횡방향 인장 강도 등 매트릭스 위주의 특성을 저하시킨다.[2] 공극은 균열 개시 부위의 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 수분이 복합체를 관통하여 복합체의 음이소트로피에 기여할 수 있다.[3][4] 항공우주 애플리케이션의 경우 약 1%의 보이드 콘텐츠가 여전히 허용되지만, 덜 민감한 애플리케이션의 경우 허용 한도는 3 - 5%이다. 비록 공동 함량에 적게 증가한 중요한 문제를 일으키는 것 같지 않을 수 있지만, 탄소 섬유의 보이드 성분이 1-3%증가 강화 합성 최고 20%에 의해 복합 재료에[5]보이드 콘텐츠가 빈 공간의 용적이 고체 재료, 그리고 가용적이 비율, 또한 공극비라고 불리는으로 나타내는 기계적 성질을 줄일 수 있다. t계산에 넣다 보이드 비율은 아래 공식으로 계산할 수 있다. 여기서 e는 합성물의 보이드 비, V는v 공극 부피, V는t 벌크 물질의 부피다.

공극 형성

공극은 복합 구조물의 결함으로 간주되며 제작 경로와 매트릭스 유형에 따라 복합 재료로 형성될 수 있는 공극의 여러 종류가 있다.[5] 공극의 양과 위치에 영향을 줄 수 있는 다른 요인으로는 사전 준비 난공, 표면 형태학, 경화 파라미터, 압축 압력, 섬유 브리징, 과도한 수지 블리딩, 레이업 두께 등이 있다.[6]

점성이 높은 수지는 복합재에서 공극이 발생할 가능성이 높다. 점성이 높은 수지나 매트릭스는 인접한 섬유들 사이의 원래 보이드 공간을 관통하기 어렵다. 이것은 공극이 섬유 표면을 닫게 할 것이다. 이러한 공극을 방지하는 것은 섬유들이 복합 재료로 빽빽하게 들어차 있을 때 더욱 힘든 일이 된다.

처리 오류로 인해 혼합물에서도 높은 보이드 비율을 얻을 수 있다. 경화에 사용된 온도가 사용된 특정 매트릭스에 비해 너무 낮으면 완전한 탈가스가 발생하지 않을 수 있다. 만약 라미네이트 합성 너무 특별한 매트릭스를 이용한 부족한 온도에서 완치된 것 기온이 치료에 사용되는 너무 특정한 매트릭스에 대한 높다 하지만, 겔화는 너무 빨리 예를 들어 빈 공간 여전힐 선물 .[8]발생하거나 송진을 점성 indivi 사이의 공백 공간 제거하고 높게 유지할 수 있다.(alies 일부 레진은 실온에서 치료할 수 있는 반면 다른 레진은 최대 200 °C의 온도를 필요로 하지만 특정 매트릭스에 필요한 온도 이상 또는 이하를 경화하면 복합체에 존재하는 공극의 양을 증가시킬 수 있다. 수지 주입 풀루션 공정에서 주입 압력이 충분히 높지 않은 경우, 수지 또는 매트릭스가 공극 없이 섬유질을 완전히 적시기 위해 섬유층을 관통하지 못할 수 있다.[7] 수지 혼합 중 또는 섬유 강화의 이중 눈금 운지법에 의한 기계적 기체 끼임으로 인해 수지에 끼인 공기 또는 거품이 형성될 수 있다.[10] 만약 이 거품이 섬유의 습식이나 합성물의 경화 전에 제거되지 않는다면, 거품은 최종 합성 구조에서 발견될 수 있는 공극이 될 수 있다.[9]

공극 감소

복합재료에서는 공극이 결함으로 간주되기 때문에 복합재에서는 공극을 줄이는 방법이 많이 적용되고 있다. 전통적으로 진공 백깅 시스템을 사용하고 압력과 열에 의해 자동 압축을 하면 공극이 최소화되거나 형성되는 것을 막을 수 있다.

오토클레이브와 결합된 진공 백깅 시스템은 열전 합성물의 낮은 보이드 함량을 달성하기 위해 산업 공정에서 사용되는 일반적인 방법이다. 진공대피란 진공선을 통해 송진과 섬유망에서 공극을 물리적으로 운반해 신나는 공극을 줄이는 방법으로, 수지의 점도의 영향을 받는다. 오토클레이브 압력은 진공에서 갇힌 공기와 잉여 수지를 제거하는 데 도움을 주는 동시에 고온에서 수지에서 휘발성 물질이 나오는 것을 방지하는 데 사용된다.[11]

주입 유량의 최적화는 종종 RTM(Resin Transfer Molded) 또는 VALI(Vacuum Assisted Resinuion) 복합 재료에서 공극을 최소화하기 위해 계산된다. 주입 단계에서 액체 수지는 경화 및 응고 전에 섬유를 주입하며, 주입 중에 종종 부품에 공극이 발생한다. 유체 흐름 속도(v)와 매크로-보이드(V1) 및 마이크로-보이드(V2)의 백분율 사이의 알고리즘을 통해

최적화된 속도를 얻을 수 있고 RTM과 MORMS 합성물의 공극이 감소되어 합성물의 특성이 개선될 수 있다.[12][13]

참조

  1. ^ ASTM D2734-09, 강화 플라스틱, ASTM International, West Conshoocken, PA, 2009, www.astm.org
  2. ^ Mehdikhani, M; Gorbatikh, L; Verpoest, I; Lomov, S (2018). "Voids in fiber-reinforced polymer composites: A review on their formation, characteristics, and effects on mechanical performance". Journal of Composite Materials. 53 (12): 1579–1669. doi:10.1177/0021998318772152.
  3. ^ Mehdikhani, M; Steensels, E; Standaert, A; Vallons, K; Gorbatikh, L; Lomov, S (2018). "Multi-scale digital image correlation for detection and quantification of matrix cracks in carbon fiber composite laminates in the absence and presence of voids controlled by the cure cycle". Composites Part B: Engineering. 154: 138–147. doi:10.1016/j.compositesb.2018.07.006.
  4. ^ 헐, D, & 클라이네, T. (1996년) 섬유 아키텍처 - 공극. 복합 재료 소개(2차, 페이지 55-56)에서. 케임브리지: 케임브리지 대학 출판부.
  5. ^ a b Lacovara, Bob (2013). "Why out of Autoclave Processing Is Good for the Composites Industry". High-Performance Composites. 23 (4): 261–265. doi:10.1016/0010-4361(92)90186-X.
  6. ^ 헤이스, B, & Gammon, L. (2004) 복합 재료의 보이드 해석. ASM 핸드북에서 제9권: 금속 및 마이크로구조체(Vol. 9). ASM 인터내셔널. http://products.asminternational.org.prox.lib.ncsu.edu/hbk/do/highlight/content/V09_2004/D07/A09/s0504737.htm
  7. ^ a b Shakya, N.; Roux, J.; Jeswani, A. (2013). "Effect of Resin Viscosity in Fiber Reinforcement Compaction in Resin Injection Pultrusion Process". Applied Composite Materials. 20 (6): 1173–1193. Bibcode:2013ApCM...20.1173S. doi:10.1007/s10443-013-9320-0. S2CID 135758904.
  8. ^ M. J. 요코타, 수지 행렬 합성물의 공정 제어 경화, SAMPE J, I4(4), (1978년)
  9. ^ a b Harper, J. F.; Miller, N. A.; Yap, S. C. (1993). "The Influence of Temperature and Pressure During the Curing of Prepreg Carbon Fiber Epoxy Resin". Polymer-Plastics Technology and Engineering. 32 (4): 269–275. doi:10.1080/03602559308019234.
  10. ^ LeBel, F.; Fanaei, A. E.; Ruiz, E.; Trochu, F. (2014). "Prediction of optimal flow front velocity to minimize void formation in dual scale fibrous reinforcements". International Journal of Material Forming. 7: 93–116. doi:10.1007/s12289-012-1111-x. S2CID 135644353.
  11. ^ Boey, F.Y.C; Lye, S.W (1992). "Void reduction in autoclave processing of thermoset composites: Part 1: High pressure effects on void reduction". Composites. 23 (4): 261–265. doi:10.1016/0010-4361(92)90186-X.
  12. ^ Ruiz, E; Achim, V; Soukane, S; Trochu, F; Bréard, J (2006). "Optimization of injection flow rate to minimize micro/macro-voids formation in resin transfer molded composites". Composites Science and Technology. 66 (3): 475–486. doi:10.1016/j.compscitech.2005.06.013.
  13. ^ Almazán-Lázaro, J.A.; López-Alba, E.; Díaz-Garrido, F.A. (2018). "Improving Composite Tensile Properties during Resin Infusion Based on a Computer Vision Flow-Control Approach". Materials. 11 (12): 2469. Bibcode:2018Mate...11.2469A. doi:10.3390/ma11122469. PMC 6317164. PMID 30563074.