สำรวจเทคโนโลยี การหลุดร่อน

ผ้าคลุมหน้าคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุไม่ทอบางๆ ที่ช่วยให้สามารถแยกส่วนข้อต่อคอมโพสิตที่ยึดติดด้วยกาวได้ การศึกษานี้ตรวจสอบผลกระทบของผ้าคลุมคาร์บอนไฟเบอร์ที่แตกต่างกันสามแบบต่อคุณลักษณะทางกล ความร้อน และไฟฟ้าของระบบกาวอีพอกซีที่ประกบอยู่ระหว่างชั้นโพลีเมอร์เสริมใยแก้ว (จีเอฟอาร์พี)

เมื่อเปรียบเทียบกับการกำหนดค่าอีพอกซีที่เรียบร้อย การผสานกับม่านคาร์บอนไฟเบอร์จะช่วยเพิ่มโมดูลัสการกักเก็บ การแพร่กระจายความร้อน และความต้านทานแรงเฉือน (แอลเอสเอส) ของข้อต่อกาว ในขณะที่ความจุความร้อนจำเพาะ (ซีพี) และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (ทีจี) ลดลง การวิเคราะห์ฟูริเยร์-ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (เอฟทีอาร์) เผยให้เห็นว่าตัวอย่างอีพอกซีที่ได้รับความร้อนและตัวอย่างคอมโพสิตที่ทำจากผ้าคลุมคาร์บอนไฟเบอร์ที่สอดแทรกอยู่ระหว่างชั้นกาวฟิล์มอีพอกซีสองชั้นที่ 100 °C เป็นเวลา 1 นาที ไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงที่ตรวจพบได้ในโครงสร้างทางเคมีของพวกมัน

การวัดความหยาบของพื้นผิวและมุมสัมผัสของน้ำถูกดำเนินการเพื่อตรวจสอบความสามารถในการเปียกน้ำของการยึดเกาะของ จีเอฟอาร์พี การจำลองไฟฟ้าและความร้อนร่วมกับองค์ประกอบจำกัดและโซลูชันที่ใช้การเรียนรู้ของเครื่องจักรแสดงให้เห็นข้อตกลงที่ดีกับการทดลองการให้ความร้อนแบบจูล การแยกตัวออกจากกันทางความร้อนเชิงกลด้วยความร้อนแบบจูล แสดงให้เห็นลักษณะเฉพาะในการลอกตัวออกที่มีประสิทธิภาพ เช่น แรงและเวลาต่ำ ไม่มีการฉีกขาดของเส้นใยบนพื้นผิวของส่วนที่ยึดติด และการให้ความร้อนแบบเลือกเฉพาะของบริเวณที่ติดกันของข้อต่อ

การใช้งานทางอุตสาหกรรมและคุณประโยชน์

การติดด้วยกาวได้รับความสนใจอย่างมากในการใช้งานทางอุตสาหกรรม เช่น การบินและอวกาศ ยานยนต์ การก่อสร้าง และอุปกรณ์กีฬา เนื่องจากมีฟังก์ชันการทำงานที่มีน้ำหนักเบา ใช้งานได้หลากหลาย การกระจายความเค้นสม่ำเสมอ ความต้านทานการกัดกร่อน และความคุ้มค่า อย่างไรก็ตาม ข้อต่อที่ยึดติดด้วยกาวนั้นไวต่ออุณหภูมิและความชื้น ซึ่งสามารถลดความทนทานได้

ข้อต่อที่ยึดติดด้วยกาวกำลังมีความสำคัญมากขึ้นในการใช้งานโครงสร้างของพอลิเมอร์คอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใย อุตสาหกรรมการบินและอวกาศให้ความสำคัญกับวัสดุคอมโพสิต เนื่องจากคอมโพสิตโพลีเมอร์น้ำหนักเบาเหล่านี้ช่วยเพิ่มผลตอบแทนทางเศรษฐกิจ และมอบโซลูชั่นที่ยั่งยืนโดยการลดการใช้เชื้อเพลิงและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

นอกจากนี้ ยังมีความต้องการเพิ่มขึ้นในการรีไซเคิลคอมโพสิตโพลีเมอร์เสริมใยแก้ว (จีเอฟอาร์พี) และคอมโพสิตโพลีเมอร์เมทริกซ์เสริมใยคาร์บอน (ซีอาร์พีพี) กฎหมายระหว่างประเทศว่าด้วยยานพาหนะที่หมดอายุการใช้งาน (เอลวี) เป็นความคิดริเริ่มที่สำคัญในการเพิ่มอัตราการรีไซเคิล การนำกลับมาใช้ใหม่ และการนำวัสดุคอมโพสิตกลับมาใช้ใหม่ ส่งผลให้วัสดุที่เกาะติดกันหลุดออกจากกันโดยปราศจากความเสียหาย ด้วยเหตุนี้ จึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในการพัฒนาเทคโนโลยีกาวลอกพันธะตามความต้องการ เนื่องจากเทคโนโลยีลอกกาวในปัจจุบันที่ใช้การแยกสารเชิงกลนั้นต้องใช้แรงงานคน มีค่าใช้จ่ายสูง และมีความเสี่ยงที่จะทำลายวัสดุที่เกาะติด

เทคนิคการลอกพันธะที่พัฒนาขึ้นจะมีประโยชน์สำหรับการลอกออกตามความต้องการของข้อต่อคอมโพสิตที่ยึดติดด้วยกาวหรือข้อต่อไฮบริดที่ประกอบด้วยโลหะคอมโพสิตในการบินและอวกาศ พลังงานลม ยานยนต์ การต่อเรือ และอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมาย

นวัตกรรมวิธีการทำความร้อน

เทคโนโลยีการลอกกาวใช้วิธีการให้ความร้อนที่หลากหลาย เช่น เตาอบ การให้ความร้อนแบบเลือกสรร และการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ การให้ความร้อนแบบจูล (เช่น ความต้านทานและการให้ความร้อนแบบโอห์มมิก) เป็นวิธีการที่มีแนวโน้มในการผลิตคอมโพสิต ซึ่งใช้สำหรับควบคุมการให้ความร้อนของแนวพันธะ การติดกาว และการประเมินการหลุดออกจากข้อต่อแบบรอบเดียวด้วยกาว ซีอาร์พีพี-อีพ็อกซี่ รายงานระบุว่ากาวเทอร์โมเซ็ตที่บ่มด้วยความร้อนจูลใช้ 4.5 เคเจ ที่ 4 กิโลวัตต์ ในขณะที่ตัวอย่างที่คล้ายกันต้องใช้ 3 เอ็มเจ ที่ 800 W ในระหว่างการบ่มด้วยเตาอบ

ระบบกาวสามารถทำงานได้โดยใช้ผ้าคลุมแบบไม่ทอสำหรับการผลิต การผลิตวัสดุความร้อนด้วยไฟฟ้าที่มีการตอบสนองอย่างรวดเร็ว การผลิตลามิเนตคอมโพสิตโดยกระบวนการให้ความร้อนจูล การตรวจจับความเสียหาย และการตรวจสอบในวัสดุคอมโพสิตและข้อต่อที่ยึดติดด้วยกาว

การเชื่อมช่องว่างความรู้

งานนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขช่องว่างต่อไปนี้ในวรรณกรรมที่มีอยู่: (i) การพัฒนาเทคนิคการแยกพันธะที่มีประสิทธิภาพสำหรับการยึดเกาะ จีเอฟอาร์พี ที่ยึดติดด้วยกาวเชิงโครงสร้าง ในขณะเดียวกันก็ปกป้องพวกมันจากผลกระทบด้านลบของการแยกพันธะด้วยความร้อนเชิงกล และ (ครั้งที่สอง) การประเมินการให้ความร้อนแบบจูลในฐานะพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการทำความร้อนเพื่อคลายข้อต่อ

การศึกษาครั้งนี้ใช้แนวทางเฉพาะในการใช้วิธีการให้ความร้อนแบบจูลเพื่อขจัดโครงสร้างข้อต่อที่ทำจากแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ที่ผสมกับอีพอกซี การตรวจสอบประกอบด้วย: (i) ลักษณะพื้นผิวของ จีเอฟอาร์พี หลังการปรับสภาพพื้นผิว (ครั้งที่สอง) อิทธิพลของการสอดม่านคาร์บอนไฟเบอร์ต่างๆ เข้ากับข้อต่อกาวอีพอกซีต่อคุณสมบัติทางความร้อนและเชิงกล (สาม) คุณลักษณะการให้ความร้อนแบบจูลของการกำหนดค่าม่านคาร์บอนไฟเบอร์ต่างๆ และ (สี่) การเปรียบเทียบการทดสอบการให้ความร้อนแบบจูลกับผลลัพธ์การจำลองความร้อน-ไฟฟ้าควบคู่ตามองค์ประกอบไฟไนต์ และผลลัพธ์ของโซลูชันที่ใช้การเรียนรู้ของเครื่อง

ระเบียบวิธี

การเตรียมวัสดุและตัวอย่าง:
การศึกษานี้เลือกผ้าคลุมคาร์บอนไฟเบอร์สามประเภท โดยแต่ละประเภทมีเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยและความหนาแน่นของพื้นที่ที่แตกต่างกัน ม่านถูกแทรกด้วยระบบกาวอีพ๊อกซี่ และประกบระหว่างสารยึดเกาะ จีเอฟอาร์พี ตัวอย่างถูกจัดเตรียมตามขั้นตอนมาตรฐานสำหรับการติดกาว เพื่อให้มั่นใจว่าความหนาของชั้นกาวและการวางแนวของชั้น จีเอฟอาร์พี สม่ำเสมอ

การทดสอบทางกล:
การทดสอบแรงเฉือนแบบตัก (แอลเอสเอส) ดำเนินการเพื่อประเมินประสิทธิภาพทางกลของข้อต่อที่ถูกยึดเหนี่ยว การทดสอบดำเนินการที่อุณหภูมิห้อง และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับการกำหนดค่าอีพอกซีที่เรียบร้อย คุณสมบัติทางกลเพิ่มเติม เช่น โมดูลัสการสะสม ถูกวัดโดยใช้การวิเคราะห์ทางกลแบบไดนามิก (ดีเอ็มเอ)

ลักษณะทางความร้อนและไฟฟ้า:
การแพร่กระจายความร้อนและความจุความร้อนจำเพาะ (ซีพี) ถูกวัดโดยใช้ดิฟเฟอเรนเชียลสแกนนิงแคลอริเมทรี (ดีเอสซี) อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (ทีจี) ยังถูกกำหนดอีกด้วย ทำการวัดค่าการนำไฟฟ้าเพื่อประเมินความสามารถในการทำความร้อนแบบจูลของข้อต่อแบบแทรกสลับม่านคาร์บอนไฟเบอร์

การวิเคราะห์ เอฟทีอาร์:
อินฟราเรดสเปกโตรสโคปีแปลงฟูริเยร์ (เอฟทีอาร์) ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีของตัวอย่างอีพอกซีที่ได้รับความร้อนและตัวอย่างคอมโพสิตที่ทำจากแผ่นปิดคาร์บอนไฟเบอร์ที่สอดแทรกกัน ตัวอย่างถูกให้ความร้อนที่ 100 °C เป็นเวลา 1 นาทีเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่อาจเกิดขึ้น

ความหยาบของพื้นผิวและความสามารถในการเปียกน้ำ:
การวัดความหยาบของพื้นผิวดำเนินการโดยใช้โพรฟิโลมิเตอร์เพื่อประเมินคุณลักษณะพื้นผิวของการยึดเกาะของ จีเอฟอาร์พี ทำการวัดมุมสัมผัสน้ำเพื่อประเมินความสามารถในการเปียกของพื้นผิวที่ผ่านการบำบัด

การจำลององค์ประกอบจำกัดและการเรียนรู้ของเครื่อง:
การจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ถูกดำเนินการเพื่อจำลองพฤติกรรมไฟฟ้าความร้อนควบคู่ของข้อต่อที่ถูกยึดระหว่างการให้ความร้อนแบบจูล แบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่องยังได้รับการพัฒนาเพื่อทำนายอุณหภูมิความร้อนของจูลตามพารามิเตอร์อินพุต เปรียบเทียบผลลัพธ์การจำลองและ มล กับข้อมูลการทดลองเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลอง

การทดลองเรื่องความร้อนของจูล:
ทำการทดลองการให้ความร้อนด้วยจูลเพื่อประเมินกระบวนการลอกพันธะ ข้อต่อที่ถูกยึดจะถูกกระแสไฟฟ้า และตรวจสอบโปรไฟล์อุณหภูมิ มีการบันทึกลักษณะการหลุดออก เช่น แรง ความต้องการเวลา และการฉีกขาดของเส้นใยบนพื้นผิวที่ยึดติด

ผลลัพธ์และการอภิปราย

การผสมผสานของม่านคาร์บอนไฟเบอร์ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและทางความร้อนของข้อต่อกาวได้อย่างมีนัยสำคัญ แอลเอสเอส ของข้อต่อเพิ่มขึ้น บ่งบอกถึงความแข็งแรงในการยึดเกาะที่เพิ่มขึ้น โมดูลัสการจัดเก็บข้อมูลและการแพร่กระจายความร้อนยังแสดงให้เห็นการปรับปรุง ในขณะที่ ซีพี และ ทีจี ลดลง ซึ่งบ่งบอกถึงความสามารถในการจัดการระบายความร้อนที่ดีขึ้น

การวิเคราะห์ เอฟทีอาร์ ยืนยันว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่มีนัยสำคัญในตัวอย่างที่ให้ความร้อน ซึ่งบ่งชี้ว่ากระบวนการแทรกซึมไม่ได้เปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของกาว การวัดความหยาบของพื้นผิวและความสามารถในการเปียกน้ำเผยให้เห็นลักษณะพื้นผิวที่ดีขึ้น ซึ่งเอื้อต่อการยึดเกาะที่ดีขึ้น

การจำลององค์ประกอบจำกัดและแบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่องจักรแสดงให้เห็นข้อตกลงที่ดีกับผลการทดลอง ซึ่งตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองการคาดการณ์ การทดลองการให้ความร้อนแบบจูลแสดงให้เห็นถึงการแยกส่วนที่มีประสิทธิภาพโดยใช้แรงและเวลาน้อยที่สุด และไม่มีการฉีกขาดของเส้นใยบนพื้นผิวที่ยึดติด

การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิผลของการใช้ผ้าคลุมคาร์บอนไฟเบอร์ที่ผสมกับระบบกาวอีพอกซีเพื่อขจัดข้อต่อ จีเอฟอาร์พี ที่ยึดด้วยกาวผ่านการให้ความร้อนแบบจูล กระบวนการแทรกสอดช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและทางความร้อนของข้อต่อ และการทำความร้อนแบบจูลให้วิธีการแยกพันธะที่ประหยัดพลังงานและมีประสิทธิผล การใช้แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์และแบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่องจักรร่วมกันทำให้สามารถคาดการณ์พฤติกรรมการให้ความร้อนของจูลได้อย่างแม่นยำ ทำให้แนวทางนี้เป็นโซลูชันที่น่าหวังสำหรับการแยกส่วนตามความต้องการในการใช้งานทางอุตสาหกรรมต่างๆ