قياس الخواص الميكانيكية لشرائح البوليمر المركبة من الألياف الزجاجية التي تم الحصول عليها من خلال عمليات التصنيع المختلفة

يصف هذا البحث عملية تصنيع لشرائح مصفوفة البوليمر المركبة المقواة بالألياف التي تم الحصول عليها باستخدام طريقة وضع اليد الرطبة / كيس التفريغ.

تم تطبيق عملية وضع اليد الرطبة التقليدية (WL) على نطاق واسع في تصنيع شرائح الألياف المركبة. ومع ذلك ، بسبب عدم كفاية ضغط التشكيل ، يتم تقليل جزء الكتلة من الألياف ويتم احتجاز الكثير من فقاعات الهواء في الداخل ، مما يؤدي إلى شرائح منخفضة الجودة (صلابة وقوة منخفضة). تعتمد عملية وضع اليد الرطبة / كيس الفراغ (WLVB) لتصنيع الشرائح المركبة على عملية وضع اليد المبللة التقليدية ، باستخدام كيس مفرغ لإزالة فقاعات الهواء وتوفير الضغط ، ثم تنفيذ عملية التسخين والمعالجة.

بالمقارنة مع عملية وضع اليد التقليدية ، تظهر الشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB خصائص ميكانيكية فائقة ، بما في ذلك قوة وصلابة أفضل ، وجزء حجم ألياف أعلى ، وجزء حجم فراغ أقل ، وكلها فوائد للشرائح المركبة. هذه العملية يدوية تماما ، وتتأثر بشكل كبير بمهارات موظفي الإعداد. لذلك ، فإن المنتجات عرضة للعيوب مثل الفراغات والسماكة غير المتساوية ، مما يؤدي إلى صفات غير مستقرة وخواص ميكانيكية للصفح. وبالتالي ، من الضروري وصف عملية WLVB بدقة ، والتحكم بدقة في الخطوات ، وتحديد نسب المواد ، من أجل ضمان الخواص الميكانيكية للشرائح.

تصف هذه الورقة العملية الدقيقة لعملية WLVB لإعداد شرائح مركبة من الألياف الزجاجية المنسوجة ذات النمط العادي (GFRPs). تم حساب محتوى حجم الألياف للشرائح باستخدام طريقة الصيغة ، وأظهرت النتائج المحسوبة أن محتوى حجم الألياف لشرائح WL كان 42.04٪ ، بينما كان محتوى شرائح WLVB 57.82٪ ، بزيادة قدرها 15.78٪. تم تمييز الخواص الميكانيكية للشرائح باستخدام اختبارات الشد والتأثير. كشفت النتائج التجريبية أنه مع عملية WLVB ، تم تعزيز قوة ومعامل الشرائح بنسبة 17.4٪ و 16.35٪ على التوالي ، وزادت الطاقة الممتصة المحددة بنسبة 19.48٪.

مركب البوليمر المقوى بالألياف (FRP) هو نوع من المواد عالية القوة يتم تصنيعها عن طريق خلط تقوية الألياف ومصفوفات البوليمر¹،^2،3. يستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران⁴،⁵،⁶ ، والبناء⁷،⁸ ، والسيارات⁹ ، والبحرية¹⁰،¹¹ نظرا لكثافته المنخفضة ، وصلابته وقوته العالية ، وخصائص التعب ^، ومقاومة التآكل الممتازة. تشمل الألياف الاصطناعية الشائعة ألياف الكربون والألياف الزجاجية وألياف الأراميد¹². تم اختيار الألياف الزجاجية للتحقيق في هذه الورقة. بالمقارنة مع الفولاذ التقليدي ، فإن شرائح تقوية الألياف الزجاجية المركبة (GFRPs) أخف وزنا ، مع أقل من ثلث الكثافة ، ولكن يمكن أن تحقق قوة محددة أعلى من الفولاذ.

تتضمن عملية تحضير FRP قولبة نقل الراتنج بمساعدة الفراغ (VARTM) 13 ، ولف الفتيل (FW) 14 ، والقولبة المسبقة ، بالإضافة إلى العديد من عمليات التصنيع المتقدمة الأخرى¹⁵،16،^17،18. بالمقارنة مع عمليات التحضير الأخرى ، فإن عملية وضع اليد المبللة / كيس الفراغ (WLVB) لها العديد من المزايا ، بما في ذلك متطلبات المعدات البسيطة وتكنولوجيا المعالجة غير المعقدة ، ولا تقتصر المنتجات على الحجم والشكل. تتمتع هذه العملية بدرجة عالية من الحرية ويمكن دمجها مع المعدن أو الخشب أو البلاستيك أو الرغوة.

مبدأ عملية WLVB هو تطبيق ضغط تشكيل أكبر من خلال أكياس مفرغة لتعزيز الخواص الميكانيكية للشرائح المعدة ؛ من السهل إتقان تكنولوجيا الإنتاج لهذه العملية ، مما يجعلها عملية تحضير مواد مركبة اقتصادية وبسيطة. هذه العملية يدوية تماما ، وتتأثر بشكل كبير بمهارات موظفي الإعداد. لذلك ، فإن المنتجات عرضة للعيوب مثل الفراغات والسماكة غير المتساوية ، مما يؤدي إلى صفات غير مستقرة وخواص ميكانيكية للصفح. وبالتالي ، من الضروري وصف عملية WLVB بالتفصيل ، والتحكم بدقة في الخطوات ، وتحديد نسبة المواد ، من أجل الحصول على ثبات عال للخصائص الميكانيكية للشرائح.

درس معظم الباحثين شبه ثابت 19،20،21،22،23 والسلوك الديناميكي 24،²⁵،26،27،28 ، وكذلك تعديل الخاصية ^29،30 للمواد المركبة. تلعب نسبة الكسر الحجمي للألياف إلى المصفوفة دورا مهما في الخواص الميكانيكية لصفح FRP. في النطاق المناسب ، يمكن لجزء أكبر من الألياف تحسين قوة وصلابة صفائح FRP. قام Andrew et ^al.31 بالتحقيق في تأثير جزء حجم الألياف على الخواص الميكانيكية للعينات التي أعدتها عملية تصنيع المواد المضافة لنمذجة الترسيب المنصهر (FDM). أظهرت النتائج أنه عندما كان جزء حجم الألياف 22.5٪ ، وصلت كفاءة مقاومة الشد إلى الحد الأقصى ، ولوحظ تحسن طفيف في القوة حيث وصل جزء حجم الألياف إلى 33٪. درس خالد وآخرون ³² الخواص الميكانيكية للمركبات المطبوعة ثلاثية الأبعاد المقواة بألياف الكربون المستمرة (CF) مع كسور حجم الألياف المتنوعة ، وأظهرت النتائج أن كل من قوة الشد والصلابة قد تحسنت مع ارتفاع محتوى الألياف. قام Uzay et ^al.33 بالتحقيق في تأثيرات ثلاث طرق تصنيع - وضع اليد ، والقولبة بالضغط ، والتعبئة الفراغية - على الخواص الميكانيكية للبوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP). تم قياس جزء حجم الألياف وفراغ الشرائح ، وتم إجراء اختبارات الشد والانحناء. أظهرت التجارب أنه كلما زاد جزء حجم الألياف ، كانت الخواص الميكانيكية أفضل.

الفراغات هي واحدة من أكثر العيوب شيوعا في صفح FRP. تقلل الفراغات من الخواص الميكانيكية للمواد المركبة ، مثل القوة والصلابة ومقاومة التعب³⁴. يعزز تركيز الإجهاد المتولد حول الفراغات انتشار الشقوق الدقيقة ويقلل من قوة الواجهة بين التعزيز والمصفوفة. تعمل الفراغات الداخلية أيضا على تسريع امتصاص الرطوبة لصفح FRP ، مما يؤدي إلى فك ارتباط الواجهة وتدهور الأداء. لذلك ، يؤثر وجود فراغات داخلية على موثوقية المركب ويقيد تطبيقها على نطاق واسع. قام Zhu et ^al.35 بالتحقيق في تأثير محتوى الفراغ على خصائص مقاومة القص بين الصفيحات الثابتة لشرائح CFRP المركبة ، ووجدوا أن زيادة بنسبة 1٪ في محتوى الفراغ تتراوح من 0.4٪ إلى 4.6٪ أدت إلى تدهور بنسبة 2.4٪ في مقاومة القص بين الصفيحات. قدم Scott et ^al.36 تأثير الفراغات على آلية الضرر في شرائح CFRP المركبة تحت التحميل الهيدروستاتيكي باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT) ، ووجد أن عدد الفراغات هو 2.6-5 أضعاف عدد الشقوق الموزعة عشوائيا.

يمكن تصنيع شرائح FRP عالية الجودة والموثوقة باستخدام الأوتوكلاف. قام Abraham et ^al.37 بتصنيع شرائح منخفضة المسامية وعالية الألياف عن طريق وضع مجموعة WLVB في الأوتوكلاف بضغط 1.2 ميجا باسكال للمعالجة. ومع ذلك ، فإن الأوتوكلاف هو قطعة كبيرة ومكلفة من المعدات ، مما يؤدي إلى تكاليف تصنيع كبيرة. على الرغم من أن عملية نقل الراتنج بمساعدة الفراغ (VARTM) كانت قيد الاستخدام لفترة طويلة ، إلا أن لها حدا من حيث تكلفة الوقت ، وعملية تحضير أكثر تعقيدا ، والمزيد من المواد الاستهلاكية التي يمكن التخلص منها مثل أنابيب التحويل ووسائط التحويل. بالمقارنة مع عملية WL ، تعوض عملية WLVB عن ضغط التشكيل غير الكافي من خلال كيس مفرغ منخفض التكلفة ، وتمتص الراتنج الزائد من النظام لزيادة جزء حجم الألياف وتقليل محتوى المسام الداخلي ، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية للصفائح بشكل كبير.

تستكشف هذه الدراسة الاختلافات بين عملية WL وعملية WLVB ، وتفصل العملية الدقيقة لعملية WLVB. تم حساب محتوى حجم الألياف للشرائح بطريقة الصيغة ، وأظهرت النتائج أن محتوى حجم الألياف لشرائح WL كان 42.04٪ ، بينما كان محتوى شرائح WLVB 57.82٪ ، بزيادة قدرها 15.78٪. تميزت الخواص الميكانيكية للشرائح باختبارات الشد والتأثير. كشفت النتائج التجريبية أنه مع عملية WLVB ، تم تعزيز قوة ومعامل الشرائح بنسبة 17.4٪ و 16.35٪ على التوالي ، وزادت الطاقة الممتصة المحددة بنسبة 19.48٪.

1. إعداد المواد

1. قطع ثماني قطع من نسيج الألياف الزجاجية المنسوجة 300 مم × 300 مم بالمقص. قم بلصق القطع أولا لمنع خيوط الألياف من السقوط.
   ملاحظة: ارتد قناعا وقفازات لمنع وخز الإصبع واستنشاق الخيوط عند قص القماش. ليس فقط نسيج الألياف الزجاجية المنسوجة ، ولكن النسيج أحادي الاتجاه وأنواع أخرى من الألياف ، مثل ألياف الكربون وألياف الأراميد ، متوفرة أيضا.
2. تزن 260 جم من راتنجات الايبوكسي و 78 جم من المقسى وفقا لنسبة الكتلة 10: 3.
   ملاحظة: يوصى بأن تكون نسبة نسيج الألياف ونظام الراتنج 360 جم من نظام راتنجات الايبوكسي لكل متر مربع من نسيج الألياف أحادي الطبقة.

2. عملية التصنيع

ملاحظة: يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لتصنيع الصفائح المركبة لعملية وضع اليد ، والذي يظهر في القسم 2.

1. ولف ب
   1. ضعي القماش في فرن على حرارة 60 درجة مئوية لمدة 8 ساعات.
   2. الصق فيلم العزل على لوح الأكريليك لمنع الراتنج من الترابط.
   3. ضع القالب على منطقة التمديد.
   4. امزج الراتنج والمصلب ببطء لمدة 5 دقائق ، ثم ضعه في غرفة مفرغة لسحب فقاعات الهواء بالداخل.
   5. ضع فيلم الإطلاق غير المسامي على القالب وقم بإصلاحه بشريط لاصق حوله.
   6. ضع طبقة واحدة من التقشير على فيلم الإطلاق غير المسامي.
   7. صب راتنجات الايبوكسي واستخدم مكشطة لتوزيع الراتنج بالتساوي في جميع أنحاء الفيلم.
   8. قم بتقطيع أول نسيج من الألياف ، ثم لفها بأسطوانة عارية للتأكد من أن الراتنج يتسلل بالكامل إلى القماش وأن الفقاعات مقذوفة ، ثم صب الراتنج ، باستخدام مكشطة لكشط الراتنج بالتساوي.
   9. كرر الخطوتين 2.1.7 و 2.1.8 حتى يتم استخدام القماش بالكامل.
   10. ضع طبقة واحدة من التقشير على القماش واضغط على فقاعات الهواء يدويا.
   11. ضع فيلما واحدا مثقوبا ونسيج استراحة واحد على التوالي.
   12. ضع قناة الشفط ووسادة التهوية على جانب واحد.
   13. قم بلصق دائرة من الشريط المقاوم للحرارة بورقة أكريليك خارج القالب وقم بتوصيل كيس التفريغ بالشريط لتشكيل مساحة مغلقة.
   14. قم بتشغيل مضخة التفريغ للضغط على 1 بار من الضغط لمدة 10 ساعات في درجة حرارة الغرفة. ثم أغلق مضخة التفريغ وحافظ على الهدوء لمدة 14 ساعة.
   15. ضعي الشرائح في الفرن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 16 ساعة حتى تشفى تماما.
   16. قم بقياس كسر حجم الألياف باستخدام المعادلات (1-3) ^38,39.
       (1)
       (2)
       (3)
       n هو عدد طبقات الصفائح ، ρ الألياف هي الكثافة المساحية لنسيج الألياف من الشركة المصنعة ، الألياف هي مساحة الصفائح ، الألياف m هي كتلة نسيج _{الألياف} ، m الإجمالي هو كتلة الصفائح ، ρ الايبوكسي هو كثافة الايبوكسي ، v _{الايبوكسي} و v _{الإجمالي} هي أحجام الايبوكسي والصفائح ، على التوالي ، وهي جزء حجم الألياف.
2. ذ.م.ل
   1. ضعي القماش في فرن على حرارة 60 درجة مئوية لمدة 8 ساعات.
   2. امزج الراتنج والمصلب ببطء لمدة 5 دقائق ثم ضعه في غرفة مفرغة لسحب فقاعات الهواء بالداخل.
   3. ضع فيلم الإطلاق غير المسامي على القالب وقم بإصلاحه بشريط لاصق حوله.
   4. ضع طبقة واحدة من التقشير على فيلم الإطلاق غير المسامي.
   5. صب راتنجات الايبوكسي واستخدم مكشطة لتوزيع الراتنج بالتساوي في جميع أنحاء الفيلم.
   6. قم بتقطيع أول نسيج من الألياف ، ثم لفها بأسطوانة عارية للتأكد من أن الراتنج يتسلل بالكامل إلى القماش وأن الفقاعات مقذوفة ، ثم صب الراتنج ، باستخدام مكشطة لكشط الراتنج بالتساوي.
   7. كرر الخطوتين 2.2.5 و 2.2.6 حتى يتم استخدام القماش بالكامل.
   8. ضع طبقة واحدة من التقشير على القماش واضغط على فقاعات الهواء يدويا.
   9. ضع فيلم تحرير مثقوب ، ونسيج استراحة واحد ، وفيلم تحرير واحد غير مسامي على التوالي.
   10. ضع صفيحة ألمنيوم واحدة بنفس حجم نسيج الألياف في الأعلى.
   11. حافظ على الهدوء في درجة حرارة الغرفة لمدة 14 ساعة.
   12. ضعي الشرائح في الفرن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 16 ساعة حتى تشفى تماما.

3. توصيف خصائص التأثير

ملاحظة: هناك العديد من الطرق لاختبار تأثير الشرائح المركبة. في ظل ظروف الارتطام منخفضة السرعة ، فإن الطريقة الشائعة الاستخدام هي اختبار تأثير انخفاض الوزن ، بينما في ظل ظروف الارتطام عالية السرعة أو السرعة العالية جدا ، فإن الطريقة المستخدمة بشكل متكرر هي طريقة تأثير الرصاصة. في هذه الدراسة ، تم تطبيق اختبار تأثير انخفاض الوزن. الجهاز موضح في الشكل 2.

1. قم بقص مجموعة من عينات 150 مم × 100 مم من GFRP لاختبار التأثير ، وفقا ل ASTM D7136 ، باستخدام آلة قطع عالية الدقة.
2. قياس وزن وحجم كل عينة.
3. ثبت مواضع العينات باستخدام مسامير تحديد المواقع في مراكز العينات التي يمكن للمصادم الاتصال بها في كل اختبار.
4. ثبت العينة على تركيبات دعم الصدمات بأربعة أطراف مطاطية.
5. قم بإجراء اختبار التأثير باستخدام برج تأثير منخفض الوزن عند مستوى طاقة 10 J. قم بتشغيل آلة اختبار المطرقة المتساقطة وانقر فوق اتصال لتوصيل وحدة التحكم بالقائمة المنسدلة ، ثم انقر فوق الصفحة الرئيسية | قبل الاختبار. اضبط طاقة التأثير على 10 J والكتلة الإضافية على 2 كجم. أدخل سمك القياس، 2.1 مم لعينات WLVB و2.5 مم لعينات WL، لتحديد ارتفاع المؤثر، وانقر فوق ابدأ لبدء التجربة.
6. سجل بيانات الاستجابة للتأثير ، بما في ذلك القوة والانحراف وتاريخ الطاقة.
7. أخرج العينة. سجل مورفولوجيا العينة بعد الاصطدام.
8. كرر اختبار التأثير خمس مرات لضمان تكرار النتائج.
9. حساب ومقارنة بيانات العينات.

4. توصيف خصائص الشد

1. قم بقص مجموعة من عينات 250 مم × 25 مم من الشرائح لاختبار الشد ، وفقا ل ASTM D3039 ، باستخدام آلة قطع عالية الدقة مع قاطع ماسي.
2. قم بقياس حجم كل عينة باستخدام الفرجار الورني.
3. استخدم لاصق الايبوكسي لربط أربعة ألسنة ألومنيوم مقاس 50 مم × 25 مم × 2 مم على طرفي العينة لتجنب تركيز الإجهاد.
4. رش طبقة رقيقة من الطلاء الأبيض على مقدمة العينة ، ثم رش بقع سوداء.
5. ضع العينة في وسط مشابك آلة اختبار الشد وقم بإعداد نظام الحصول على الصور ، كما هو موضح في الشكل 3.
6. لضمان دقة بيانات الإجهاد ، قم بتغيير موضع العينة بحيث تكون في منتصف منطقة تصوير الكاميرا وفي وضع رأسي. بالإضافة إلى ذلك ، اضبط البعد البؤري للكاميرا ومعدل التعرض لضمان تسجيل البقع الموجودة على العينة بوضوح.
7. إجراء اختبار الشد. انقر فوق تكوين الاختبار. اضبط سرعة الاختبار على 0.5 مم / دقيقة. انقر على بيانات العينة. أدخل عرض القياس وسمك العينات. انقر على ابدأ، ثم انقر على قبول الموضع الحالي. تسجيل بيانات وقت التحميل.
8. أخرج العينة. سجل مورفولوجيا العينة بعد اختبار الشد.
9. كرر اختبار الشد خمس مرات لضمان تكرار النتائج.
10. استخدم برنامج ارتباط الصورة الرقمية (DIC) لقياس الإجهاد الاسمي للعينة أثناء اختبار الشد.
11. انقر فوق مقياس طول الصورة لمعايرة طول البيكسلات، وانقر صورة مرجعية، واختر الصورة الأولى كصورة مرجعية. انقر فوق صورة مشوهة واختر الصور المتبقية كصور مشوهة. انقر فوق أدوات الرسم | حدد مستطيلا لتحديد منطقة القياس. انقر فوق مقياس التمدد واضبط طول مقياس التمدد على 100 مم ، ثم انقر فوق المعالجة | ابدأ الارتباط.
12. اقسم الحمل على مساحة المقطع العرضي للحصول على الضغط الاسمي.
13. اجمع بين الإجهاد الاسمي من قياس DIC والضغط الاسمي من آلة اختبار الشد.
14. اختر ميل القطعة الخطية لمنحنى الإجهاد والإجهاد كمعامل مرن. اختر قيمة الذروة لمنحنى قوة الشد والوقت كقوة.
15. قارن بين معامل المرونة وقوة العينات.

يوضح الجدول 1 جزء حجم الألياف ومتوسط السماكة وعملية تصنيع العينات. يمثل G8-WLVB و G8-WL الشرائح التي تتكون من نسيج زجاجي مكون من 8 طبقات يتم تصنيعه عن طريق وضع اليد المبللة مع وبدون عملية كيس التفريغ ، على التوالي. من الواضح ، بمساعدة كيس التفريغ ، أن الشرائح لديها زيادة بنسبة 15.78٪ في جزء حجم الألياف ، بالإضافة إلى انخفاض بنسبة 16.27٪ في متوسط السماكة.

يتم عرض منحنيات إجهاد الإجهاد التي تم الحصول عليها عن طريق اختبار الشد لعينات WLVB و WL في الشكل 4. يظهر المحور الرأسي الإجهاد الاسمي ، الذي تم الحصول عليه من القوة مقسوما على مساحة المقطع العرضي ، ويظهر المحور الأفقي الإجهاد الاسمي ، المحسوب بواسطة برنامج DIC. يمكن ملاحظة أنه يتم الحصول على التكرار المثالي في منحنى التجربة ، سواء كانت عينات WL أو عينات WLVB. لا يتم تصنيع العينتين الأوليين والعينات الثلاث الأخيرة في نفس الصفائح ، ولكنها في نفس الحالة الملفقة ؛ لذلك ، من المهم التحكم بدقة في الخطوات وتحديد نسبة المواد.

يشار إلى نتائج اختبار الشد لعينات WLVB وعينات WL في الجدول 2 والجدول 3 ، على التوالي. لوحظت اللاخطية في منحنى الشد. يمثل ميل الجزء الخطي لمنحنى إجهاد إجهاد الشد معامل المرونة ، وتمثل نقطة القيمة القصوى على المحور الرأسي لمنحنى إجهاد إجهاد الشد القوة. كما هو موضح في الجدول 2 ، فإن متوسط مقاومة الشد ومعامل خمس عينات WLVB هو 431.79 ميجا باسكال و 19.14 جيجا باسكال ، على التوالي. الانحرافات المعيارية لمقاومة الشد ومعامل الشد هي 17.81 و 0.52 على التوالي. كما هو موضح في الجدول 3 ، فإن متوسط مقاومة الشد ومتوسط معامل الشد لخمس عينات WL هما 367.8 ميجا باسكال و 16.45 جيجا باسكال ، على التوالي. الانحرافات المعيارية لمقاومة الشد ومعامل الشد هي 11.63 و 0.43 على التوالي.

يوضح الجدول 4 قوة الشد وصلابة الشرائح. تشير النتائج إلى أن مقاومة الشد ومعامل الشرائح قد تحسنت بشكل كبير باستخدام عملية WLVB. الرقائق المصنعة باستخدام عملية WLVB لديها زيادة بنسبة 17.4٪ و 16.35٪ في قوة الشد والمعامل ، على التوالي. وبالتالي ، فإن عملية WLVB لها تأثير ممتاز على تصنيع الصفائح ، من خلال تعزيز خصائص الشد للشرائح.

يوضح الشكل 5 معامل الشد وقوته مع شريط الخطأ لعينات G8-WLVB و G8-WL. معامل الشد وقوة الشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB أعلى من تلك المصنعة باستخدام عملية WL. كلما كان شريط الخطأ أصغر ، زاد استقرار العملية ؛ بمعنى آخر ، عملية WLVB أكثر استقرارا من عملية WL. يوضح الشكل 6 كسر عينات WLVB و WL بعد اختبار الشد ؛ موقع كسر العينات بالقرب من الوسط ، وهو أمر مقبول. يوضح الشكل 7 المنظر الجانبي لعينات WLVB و WL بعد اختبار الشد. سواء تم تصنيع العينات بواسطة عمليات تصنيع WLVB أو WL ، فإن أوضاع كسر الشد للعينات تشمل كسر الألياف وكسر المصفوفة والتفريغ. كما هو موضح في الشكل 7 ، فإن طول التفريغ لعينة WL أطول من طول عينة WLVB. تحتوي عينات WL على جزء حجم راتينج أعلى من عينات WLVB ، مما ينتج عنه راتنج أكثر سمكا بين الطبقات. نتيجة لذلك ، يمكن ملاحظة صدع تفريغ أطول في عينات WL.

يوضح الشكل 8 منحنيات تاريخ القوة والطاقة الممتصة التي تم الحصول عليها عن طريق اختبار تأثير عينات WLVB و WL. هناك تكرار كبير يظهر في اختبار التأثير. يشبه شكل منحنى القوة والوقت لعينات WLVB و WL موجة جيبية ، والتي يتم تمثيلها كمنحنى نموذجي غير خارق. يمثل الشكل 8C ، D قيمة امتصاص الطاقة في الوقت الفعلي. زادت قيمة الطاقة الممتصة أولا ثم انخفضت بمرور الوقت. في مرحلة الارتفاع الأولية ، امتصت الصفائح تدريجيا كل الطاقة الحركية للصدم وحولتها إلى طاقتها الداخلية. خلف النقطة القصوى ، أطلقت الصفائح طاقة مرنة لارتداد الصدم. تم الحصول على الطاقة الممتصة للشرائح من خلال قيمة المنحنى النهائي.

تم إجراء التحليل الإحصائي على البيانات التجريبية⁴⁰. تظهر نتائج اختبار التأثير لعينات WLVB و WL في الجدول 5 والجدول 6 ، على التوالي. كما هو موضح في الجدول 5 ، فإن متوسط الطاقة الممتصة النوعية والانحراف المعياري لخمس عينات WLVB هي 0.092 جول / جم و 0.0024 على التوالي. كما هو موضح في الجدول 6 ، فإن متوسط الطاقة الممتصة النوعية والانحراف المعياري لخمس عينات WL هو 0.077 J / g و 0.0021 ، على التوالي.

يوضح الجدول 7 خصائص تأثير الشرائح والنسبة المئوية للزيادة في امتصاص الطاقة المحدد للشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB. تحت نفس طاقة التأثير البالغة 10 J ، لوحظ نفس وضع الضرر للشرائح المصنعة بواسطة عمليات WLVB و WL. تظهر النتائج أن الشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB لديها زيادة بنسبة 19.48٪ في امتصاص الطاقة النوعية. وبالتالي ، يمكن ملاحظة تأثير رائع في تصنيع الصفائح من خلال عملية WLVB مع تعزيز خصائص تأثير الرقائق.

يوضح الشكل 9 الطاقة الممتصة المحددة مع أشرطة الخطأ لعينات G8-WLVB و G8-WL. نظرا لقيم السماكة المختلفة للشرائح المصنعة بواسطة العمليتين ، يتم استخدام امتصاص الطاقة المحدد لتوصيف أداء امتصاص الطاقة للشرائح. أظهرت النتائج أن الطاقة الممتصة المحددة لعينة WLVB أكبر من عينة WL. تتشابه أشرطة الخطأ لعينة WLVB وعينة WL في اختبار التأثير. يوضح الشكل 10 السطح العلوي والسفلي لعينات WLVB و WL بعد اختبار التأثير. يمكن أن نرى بوضوح أن المنطقة التالفة من عينة WL أكبر من عينة WLVB. ويترتب على ذلك أن قدرة امتصاص الطاقة الصدمية للعينات المصنعة بواسطة عملية WLVB أكبر من قدرة العينات المصنعة بواسطة عملية WL.

الشكل 1: رسم تخطيطي مبسط لعملية WLVB. (1) فيلم فراغ ، (2) الجزء العلوي من صمام التفريغ ، (3) أكوام قشر ، (4) فيلم إطلاق غير مسامي ، (5) صنبور مقاوم للحرارة ، (6) لوحة أكريليك ، (7) الجزء السفلي من صمام التفريغ ، (8) وسادة قابلة للتنفس ، (9) قناة شفط ، (10) قالب ألومنيوم ، (11) قماش ، (12) فيلم إطلاق مثقب ، (13) نسيج تنفس . اختصار: WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: آلة اختبار المطرقة المتساقطة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 3: نظام قياس إجهاد ارتباط الصورة الرقمية وآلة اختبار الشد Zwick. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: منحنى الإجهاد والانفعال الذي تم الحصول عليه عن طريق اختبار الشد للعينات الخمس. (أ) WLVB ؛ (ب) WL. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: معامل الشد وقوة عينة G8-WLVB و G8-WL. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: منظر أمامي لعينات WLVB و WL بعد اختبار الشد. تظهر الأشكال البيضاوية الصفراء المتقطعة موقع الكسر. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 7: منظر جانبي لعينات WLVB و WL بعد اختبار الشد . (أ) عينة WL ، (ب) عينة WLVB. قضبان المقياس = 6 مم. تظهر الأشكال البيضاوية الصفراء المتقطعة موقع الكسر وتظهر الأشكال البيضاوية الزرقاء التفريغ. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 8: منحنى تاريخ القوة والطاقة الممتصة عن طريق اختبار تأثير العينات الخمس. (أ) منحنى تاريخ القوة لعينات WLVB. (ب) منحنى تاريخ القوة لعينات WL. (ج) منحنى تاريخ الطاقة الممتصة لعينات WLVB. (د) منحنى تاريخ الطاقة الممتصة لعينات WL. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 9: الطاقة الممتصة المحددة لعينة G8-WLVB و G8-WL. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 10: الأسطح العلوية والسفلية لعينات WLVB و WL بعد اختبار التأثير. قضبان المقياس = 20 مم. تظهر الأشكال البيضاوية الصفراء المتقطعة المناطق المتضررة. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1: جزء حجم الألياف ، الزيادة في جزء حجم الألياف ، ومتوسط سمك الشرائح المصنعة بواسطة عمليات WLVB و WL. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ.

الجدول 2: نتائج اختبار الشد لعينات WLVB. اختصار: WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ.

الجدول 3: نتائج اختبار الشد لعينات WL. اختصار: WL = وضع اليد الرطبة.

الجدول 4: متوسط مقاومة الشد ومعامل الشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB و WL esوالنسبة المئوية للزيادة في خصائص الشد. اختصار: WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ.

الجدول 5: نتائج اختبار تأثير عينات WLVB. اختصار: WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ.

الجدول 6: نتيجة اختبار تأثير عينات WL. اختصار: WL = وضع اليد الرطبة.

الجدول 7: متوسط طاقة التأثير ، وقوة الذروة ، والطاقة الممتصة المحددة للشرائح المصنعة بواسطة عمليات WLVB و WL ، والنسبة المئوية للزيادة في خصائص التأثير. الاختصارات: WL = وضع اليد الرطبة. WLVB: وضع اليد الرطبة / كيس فراغ.

تركز هذه الورقة على عمليتي تصنيع مختلفتين لطريقة وضع اليد بتكلفة منخفضة. لذلك تم اختيار عمليتي تصنيع ليتم وصفهما بعناية في هذه الورقة ، وهما أبسط وأسهل في الإتقان وأقل في تكلفة الاستثمار ومناسبة للإنتاج مع تعديل المواد في المختبرات والمصانع الصغيرة. أثناء علاج الشرائح ، يلعب ضغط التوحيد العالي دورا مهما في تصنيع شرائح ذات جودة عالية. يمكن أن يؤدي اعتماد عملية WL التقليدية دون ضغط خارجي كاف إلى ارتفاع نسبة حجم الراتنج. يعد حجم الراتنج العالي أحد العوامل الرئيسية التي تقلل من الخواص الميكانيكية للشرائح. في هذا العمل ، تم وصف عملية تصنيع تعتمد على عملية WL التقليدية باستخدام كيس مفرغ لإزالة فقاعات الهواء وتوفير الضغط. في عملية التصنيع هذه ، من المهم التحكم في نسبة المواد وتسلسل الخطوات. العوامل الرئيسية التي تؤثر على الخواص الميكانيكية للشرائح هي جزء حجم الألياف والفراغات ؛ لذلك ، فإن خطوات البروتوكول لإزالة الفقاعات ، كما هو موضح في الخطوات 2.1.4 و 2.1.8 و 2.1.13 ، أمر بالغ الأهمية.

لمقارنة الخواص الميكانيكية للشرائح المصنعة بواسطة عمليات التصنيع المختلفة ، يتم إجراء اختبار الشد واختبارات التأثير منخفضة السرعة. في هذه الدراسة ، تظهر الشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB خصائص ميكانيكية أفضل ، بما في ذلك قوة الشد ومعامل الشد وامتصاص طاقة التأثير. توضح النتائج أن الشرائح المصنعة باستخدام عملية WLVB لديها زيادة بنسبة 18.3٪ في امتصاص الطاقة النوعي ، بالإضافة إلى زيادة بنسبة 16.3٪ و 14.6٪ في مقاومة الشد والمعامل ، على التوالي.

بالمقارنة مع عملية WL ، فإن عملية WLVB تعوض عن ضغط التشكيل غير الكافي من خلال كيس تفريغ منخفض التكلفة ، وتمتص الراتنج الزائد من النظام لزيادة جزء حجم الألياف وتقليل محتوى المسام الداخلي ، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية للصفائح بشكل كبير. جودة الشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB أفضل. نظرا للضغط الذي تمارسه الحقيبة المفرغة من الهواء كونها أكثر اتساقا ، فإن سمك الصفائح المصنعة بواسطة عملية WLVB يكون أيضا أكثر اتساقا. سمك الصفائح المحضرة بواسطة عملية WL باستخدام الوزن فقط لتوفير الضغط غير متساو ، مما يؤدي إلى جودة غير مستقرة للشرائح. أظهرت نتائج الاختبار أن أشرطة الخطأ لخصائص الشد والتأثير لعينات WLVB أصغر. من الأهمية بمكان لاستقرار جودة الصفائح تطبيق ضغط موحد أثناء المعالجة.

عملية WLVB لها أهمية دافعة مهمة لمجال إنتاج المواد المركبة مع استثمار رأس المال الصغير. بالمقارنة مع عمليات التحضير الأخرى ، تتمتع عملية WLVB بالعديد من المزايا ، بما في ذلك متطلبات المعدات البسيطة وتكنولوجيا العمليات غير المعقدة ، ولا تقتصر المنتجات على الحجم والشكل. تتمتع هذه العملية بدرجة عالية من الحرية ويمكن دمجها مع المعدن أو الخشب أو البلاستيك أو الرغوة. ومع ذلك ، فإن عملية WLVB لها أيضا بعض القيود ، مثل كفاءتها المنخفضة ودورتها الطويلة. من الجدير بالذكر ، نظرا لأنها مناسبة بشكل أساسي لإنتاج الدفعات الصغيرة ، وترتبط العروض الخشبية ارتباطا وثيقا بمستوى مهارة المشغلين وظروف البناء ، فمن الضروري تصميم عملية التصنيع وتحسينها كميا لتحقيق عائد مرتفع.

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح.

يود المؤلفون أن يشكروا المنح المقدمة من البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (رقم 2022YFB3706503) وبرنامج خطة الدعم المستقرة لصندوق شنتشن للعلوم الطبيعية (رقم 20220815133826001).