Bağ Açma Teknolojisini Keşfetmek

Karbon fiber örtüler, yapışkanla birleştirilmiş kompozit bağlantıların ayrılmasına olanak tanıyan ince dokumasız malzemelerdir. Bu çalışma, üç farklı karbon fiber örtünün, cam elyaf takviyeli polimer (GFRP) katmanları arasına sıkıştırılmış epoksi yapıştırıcı sistemlerinin mekanik, termal ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkilerini incelemektedir.

Düzgün epoksi konfigürasyonlarıyla karşılaştırıldığında, karbon fiber perdelerle serpiştirme, depolama modülünü, termal yayılımı ve yapışkan bağlantıların bindirme kesme mukavemetini (LSS) artırırken spesifik ısı kapasitesini (Cp) ve cam geçiş sıcaklığını (Tg) düşürür. Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopi (FTIR) analizi, ısıtılmış epoksi numunelerinin ve 1 dakika boyunca 0 u00b0C'de iki epoksi film yapışkan tabakası arasına sıkıştırılmış serpiştirilmiş karbon fiber örtüden yapılan kompozit numunelerin, kimyasal yapılarında herhangi bir tespit edilebilir değişiklik sergilemediğini ortaya çıkardı.

GFRP yapıştırıcıların ıslanabilirliğini araştırmak için yüzey pürüzlülüğü ve su temas açısı ölçümleri yapıldı. Sonlu elemanlarla birleştirilmiş termal-elektrik simülasyonları ve makine öğrenimine dayalı çözümler, Joule ısıtma deneyleriyle iyi bir uyum sergiledi. Joule ısıtma yoluyla termomekanik bağ ayırma, düşük kuvvet ve zaman gereksinimleri, yapıştırılan yüzeylerde elyaf yırtılmasının olmaması ve bağlantıların bağlanan bölgesinin seçici olarak ısıtılması gibi etkili bağ açma özellikleri göstermiştir.

Endüstriyel Uygulamalar ve Faydaları

Yapışkan bağlama, hafif işlevselliği, çok yönlülüğü, tekdüze gerilim dağılımı, korozyon direnci ve maliyet etkinliği nedeniyle havacılık, otomotiv, inşaat ve spor ekipmanları gibi endüstriyel uygulamalarda büyük ilgi görmüştür. Bununla birlikte, yapıştırılarak birleştirilen bağlantılar sıcaklık ve neme karşı hassastır ve bu da dayanıklılıklarını azaltabilir.

Fiberle güçlendirilmiş polimer kompozitlerin yapısal uygulamalarında yapıştırıcıyla birleştirilen bağlantılar da giderek daha önemli hale geliyor. Havacılık ve uzay endüstrisi kompozit malzemelere öncelik veriyor çünkü bu hafif polimer kompozitler ekonomik getiriyi artırıyor ve yakıt tüketimini ve CO2 emisyonlarını azaltarak sürdürülebilir çözümler sunuyor.

Ek olarak, cam elyaf takviyeli polimer (GFRP) ve karbon elyaf takviyeli polimer matris (CFRP) kompozitlerinin geri dönüştürülmesine yönelik artan bir ihtiyaç vardır. Ömrünü Tamamlamış Araçlara (ELV) ilişkin uluslararası mevzuat, kompozitlerin geri dönüşüm, geri kazanım ve yeniden kullanım oranlarının arttırılması ve yapışan malzemelerin hasarsız bir şekilde ayrılmasının sağlanması için önemli bir girişimdir. Sonuç olarak, mekanik ayırmaya dayanan mevcut bağ ayırma teknolojileri zahmetli, maliyetli olduğundan ve yapıştırılan malzemelere zarar verme riski taşıdığından, talep üzerine bağ açma yapışkan teknolojilerinin geliştirilmesinde artan bir eğilim vardır.

Geliştirilen bağ açma tekniği, havacılık, rüzgar enerjisi, otomotiv, gemi yapımı ve diğer birçok endüstride yapıştırıcıyla birleştirilmiş kompozit bağlantıların veya metal-kompozit hibrit bağlantıların isteğe bağlı olarak ayrılması için faydalı olacaktır.

Yenilikçi Isıtma Yöntemleri

Yapışkan bağ ayırma teknolojilerinde fırın, seçici ve indüksiyonlu ısıtma gibi çeşitli ısıtma yöntemleri kullanılır. Joule ısıtma (yani direnç ve Ohmik ısıtma), kompozit üretiminde bağlantı hattının kontrollü ısıtılması, yapışkan bağlanma ve CFRP-epoksi yapışkanlı tek bindirmeli bağlantılarda bağ ayrılmasının değerlendirilmesi için kullanılan umut verici bir yöntemdir. Raporlar, Joule ısıtmayla kürlenen termoset yapıştırıcının 4 kW'ta 4,5 kJ tükettiğini, benzer bir numunenin ise fırında kürleme sırasında 800 W'ta 3 MJ gerektirdiğini gösteriyor.

Yapıştırıcı sistemler, imalat için dokunmamış örtüler, hızlı tepki veren elektrotermal malzemeler üretme, Joule ısıtma işlemiyle kompozit laminat üretimi, kompozit malzemelerde ve yapıştırıcıyla birleştirilmiş bağlantılarda hasar tespiti ve izlenmesi ile işlevselleştirilebilir.

Bilgi Açığının Kapatılması

Bu çalışma, mevcut literatürdeki aşağıdaki boşlukları gidermeyi amaçlamaktadır: (i) yapısal olarak yapıştırılarak bağlanan GFRP yapıştırıcıları için, bunları termomekanik bağ ayırmanın olumsuz etkilerinden korurken etkili bir bağ açma tekniği geliştirmek ve (ii) Joule ısıtmasını, enerji açısından verimli bir yöntem olarak değerlendirmek Eklemlerin ayrılması için ısıtma yöntemi.

Bu çalışma, epoksi ile serpiştirilmiş karbon fiber örtülerden yapılan bağlantı konfigürasyonlarını ayırmak için Joule ısıtma yöntemini kullanma konusunda benzersiz bir yaklaşım benimsemiştir. Araştırmalar şunları içerir: (i) yüzey işleminden sonra GFRP'nin yüzey özellikleri, (ii) farklı karbon fiber örtülerin epoksi yapışkan bağlantılara serpiştirilmesinin termal ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi, (iii) farklı karbon fiber örtü konfigürasyonlarının Joule ısıtma özellikleri ve (iv) Joule ısıtma testlerinin sonlu elemanlar tabanlı birleşik termal-elektrik simülasyon sonuçları ve makine öğrenimi tabanlı çözüm sonuçlarıyla karşılaştırılması.

Metodoloji

Malzeme ve Numune Hazırlama:
Bu çalışma için her biri değişen fiber çaplarına ve alan yoğunluklarına sahip üç tip karbon fiber örtü seçildi. Örtüler epoksi yapıştırıcı sistemlerle birleştirildi ve GFRP yapıştırıcıların arasına sıkıştırıldı. Tutarlı yapışkan katman kalınlığı ve GFRP katmanlarının hizalanması sağlanarak, yapışkan bağlama için standart prosedürler izlenerek numuneler hazırlandı.

Mekanik Test:
Birleştirilmiş bağlantıların mekanik performansını değerlendirmek için bindirme kesme mukavemeti (LSS) testleri yapıldı. Testler oda sıcaklığında gerçekleştirildi ve sonuçlar, saf epoksi konfigürasyonlarıyla karşılaştırıldı. Depolama modülü gibi ek mekanik özellikler, dinamik mekanik analiz (DMA) kullanılarak ölçülmüştür.

Termal ve Elektriksel Karakterizasyon:
Termal yayılma ve spesifik ısı kapasitesi (Cp), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) kullanılarak ölçüldü. Camsı geçiş sıcaklığı (Tg) da belirlendi. Karbon fiber örtü serpiştirilmiş bağlantı noktalarının Joule ısıtma yeteneklerini değerlendirmek için elektriksel iletkenlik ölçümleri yapıldı.

FTIR Analizi:
Isıtılmış epoksi numunelerinin ve serpiştirilmiş karbon fiber örtüden yapılmış kompozit numunelerin kimyasal yapılarını analiz etmek için Fourier-transform kızılötesi spektroskopisi (FTIR) kullanıldı. Potansiyel kimyasal değişiklikleri gözlemlemek için numuneler 1 dakika boyunca 0 u00b0C'de ısıtıldı.

Yüzey Pürüzlülüğü ve Islanabilirlik:
GFRP yapıştırıcıların yüzey özelliklerini değerlendirmek için bir profilometre kullanılarak yüzey pürüzlülüğü ölçümleri yapıldı. İşlem görmüş yüzeylerin ıslanabilirliğini değerlendirmek için su temas açısı ölçümleri yapıldı.

Sonlu Eleman Simülasyonları ve Makine Öğrenimi:
Joule ısınması sırasında bağlı bağlantıların birleşik termal-elektrik davranışını modellemek için sonlu eleman simülasyonları yapıldı. Giriş parametrelerine dayalı olarak Joule ısıtma sıcaklığını tahmin etmek için bir makine öğrenme modeli de geliştirildi. Modelleri doğrulamak için simülasyon ve ML sonuçları deneysel verilerle karşılaştırıldı.

Joule Isıtma Deneyleri:
Bağ açma işlemini değerlendirmek için Joule ısıtma deneyleri yapıldı. Birleştirilen bağlantılar elektrik akımına tabi tutuldu ve sıcaklık profili izlendi. Kuvvet, zaman gereksinimleri ve yapıştırılan yüzeylerdeki elyaf yırtılması gibi bağdan çıkma özellikleri kaydedildi.

Sonuçlar ve tartışma

Karbon fiber örtülerin araya yerleştirilmesi, yapışkan bağlantıların mekanik ve termal özelliklerini önemli ölçüde geliştirdi. Eklemlerin LSS'si arttı, bu da bağlanma mukavemetinin arttığını gösteriyor. Depolama modülü ve termal yayılım da iyileşmeler gösterirken Cp ve Tg azaldı, bu da daha iyi termal yönetim yeteneklerine işaret ediyor.

FTIR analizi, ısıtılan numunelerde önemli bir kimyasal değişiklik olmadığını doğruladı; bu da serpiştirme işleminin yapıştırıcının kimyasal yapısını değiştirmediğini gösterdi. Yüzey pürüzlülüğü ve ıslanabilirlik ölçümleri, daha iyi yapışmaya katkıda bulunan gelişmiş yüzey özelliklerini ortaya çıkardı.

Sonlu eleman simülasyonları ve makine öğrenimi modelleri, deneysel sonuçlarla iyi bir uyum göstererek tahmine dayalı modellerin doğruluğunu doğruladı. Joule ısıtma deneyleri, minimum kuvvet ve zaman gereksinimiyle etkili bağ açmanın olduğunu ve yapıştırılan yüzeylerde elyaf yırtılmasının olmadığını gösterdi.

Bu çalışma, Joule ısıtma yoluyla yapışkanla birleştirilmiş GFRP bağlantılarının ayrılması için epoksi yapıştırıcı sistemleriyle serpiştirilmiş karbon fiber örtülerin kullanılmasının etkinliğini göstermektedir. Serpiştirme işlemi, bağlantı noktalarının mekanik ve termal özelliklerini iyileştirir ve Joule ısıtma, enerji açısından verimli ve etkili bir bağ açma yöntemi sağlar. Sonlu eleman simülasyonları ve makine öğrenimi modellerinin birlikte kullanılması Joule ısınma davranışının doğru tahminlerini sunarak bu yaklaşımı çeşitli endüstriyel uygulamalarda isteğe bağlı bağ ayırma için umut verici bir çözüm haline getiriyor.