Meneroka Teknologi Penyahikatan

Tudung gentian karbon ialah bahan bukan tenunan nipis yang membolehkan penyahikatan sambungan komposit yang diikat dengan pelekat. Kajian ini mengkaji kesan tiga tudung gentian karbon yang berbeza pada ciri mekanikal, haba dan elektrik sistem pelekat epoksi yang diapit di antara lapisan polimer bertetulang gentian kaca (GFRP).

Berbanding dengan konfigurasi epoksi yang kemas, interleaving dengan tudung gentian karbon meningkatkan modulus penyimpanan, keresapan terma, dan kekuatan ricih pusingan (LSS) sambungan pelekat sambil merendahkan kapasiti haba tertentu (Cp) dan suhu peralihan kaca (Tg). Analisis spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) mendedahkan bahawa sampel epoksi yang dipanaskan dan sampel komposit yang dibuat daripada tudung gentian karbon bersilang yang diapit di antara dua lapisan pelekat filem epoksi pada 100 °C selama 1 minit tidak menunjukkan sebarang perubahan yang boleh dikesan dalam struktur kimianya.

Pengukuran kekasaran permukaan dan sudut sentuhan air telah dijalankan untuk menyiasat kebolehbasahan bahan pelekat GFRP. Elemen terhingga ditambah simulasi haba-elektrik dan penyelesaian berasaskan pembelajaran mesin menunjukkan persetujuan yang baik dengan eksperimen pemanasan Joule. Penyahikatan termomekanikal melalui pemanasan Joule menunjukkan ciri penyahikatan yang berkesan seperti keperluan daya dan masa yang rendah, tiada koyakan gentian pada permukaan bahan pelekat, dan pemanasan terpilih bagi kawasan ikatan pada sendi.

Aplikasi dan Faedah Perindustrian

Ikatan pelekat telah mendapat perhatian penting dalam aplikasi perindustrian seperti aeroangkasa, automotif, pembinaan dan peralatan sukan kerana fungsinya yang ringan, serba boleh, pengagihan tegasan seragam, rintangan kakisan dan keberkesanan kos. Walau bagaimanapun, sambungan yang diikat dengan pelekat sensitif terhadap suhu dan kelembapan, yang boleh mengurangkan ketahanannya.

Sambungan berikat pelekat juga menjadi semakin penting dalam aplikasi struktur komposit polimer bertetulang gentian. Industri aeroangkasa mengutamakan bahan komposit kerana komposit polimer ringan ini meningkatkan pulangan ekonomi dan menyediakan penyelesaian yang mampan dengan mengurangkan penggunaan bahan api dan pelepasan CO2.

Selain itu, terdapat keperluan yang semakin meningkat untuk mengitar semula komposit polimer bertetulang gentian kaca (GFRP) dan komposit matriks polimer bertetulang gentian karbon (CFRP). Perundangan antarabangsa mengenai Kenderaan Akhir Hayat (ELV) ialah inisiatif penting untuk meningkatkan kadar kitar semula, pemulihan dan penggunaan semula komposit, yang memerlukan penyahikatan bebas kerosakan bahan pemadat. Akibatnya, terdapat trend yang semakin meningkat dalam pembangunan teknologi pelekat nyah ikatan atas permintaan, kerana teknologi nyah ikatan semasa berdasarkan pengasingan mekanikal adalah susah payah, mahal dan berisiko merosakkan bahan yang melekat.

Teknik penyahikatan yang dibangunkan akan berguna untuk penyahikatan atas permintaan bagi sambungan komposit berikat pelekat atau sambungan hibrid komposit logam dalam aeroangkasa, tenaga angin, automotif, pembinaan kapal dan banyak industri lain.

Kaedah Pemanasan Inovatif

Teknologi penyahikatan pelekat menggunakan pelbagai kaedah pemanasan seperti ketuhar, pemanasan terpilih dan aruhan. Pemanasan Joule (iaitu, rintangan dan pemanasan Ohmik) ialah kaedah yang menjanjikan dalam pembuatan komposit yang digunakan untuk pemanasan terkawal garis ikatan, ikatan pelekat, dan penilaian nyah ikatan dalam sambungan pusingan tunggal pelekat CFRP-epoksi. Laporan menunjukkan bahawa pelekat termoset yang diawet dengan pemanasan Joule menggunakan 4.5 kJ pada 4 kW, manakala sampel yang serupa memerlukan 3 MJ pada 800 W semasa pengawetan ketuhar.

Sistem pelekat boleh difungsikan oleh tudung bukan tenunan untuk fabrikasi, menghasilkan bahan elektroterma dengan tindak balas yang cepat, pembuatan lamina komposit melalui proses pemanasan Joule, pengesanan kerosakan dan pemantauan dalam bahan komposit dan sambungan terikat berpelekat.

Merapatkan Jurang Pengetahuan

Kerja ini bertujuan untuk menangani jurang berikut dalam kesusasteraan sedia ada: (i) membangunkan teknik penyahikatan yang berkesan untuk GFRP yang diikat dengan pelekat berstruktur sambil melindunginya daripada kesan negatif penyahikatan termomekanikal, dan (ii) menilai pemanasan Joule sebagai penjimatan tenaga. kaedah pemanasan untuk menyahikat sendi.

Kajian ini menggunakan pendekatan unik menggunakan kaedah pemanasan Joule untuk menyahikat konfigurasi sambungan yang diperbuat daripada tudung gentian karbon yang dijalin dengan epoksi. Penyiasatan termasuk: (i) ciri-ciri permukaan GFRP selepas rawatan permukaan, (ii) pengaruh menjalin tudung gentian karbon yang berbeza ke dalam sambungan pelekat epoksi pada sifat terma dan mekanikalnya, (iii) ciri pemanasan Joule bagi konfigurasi tudung gentian karbon yang berbeza , dan (iv) perbandingan ujian pemanasan Joule dengan hasil simulasi terma-elektrik berganding berasaskan elemen terhingga dan keputusan penyelesaian berasaskan pembelajaran mesin.

Metodologi

Penyediaan Bahan dan Spesimen:
Tiga jenis tudung gentian karbon telah dipilih untuk kajian ini, setiap satu dengan diameter gentian dan ketumpatan luas yang berbeza-beza. Tudung itu diselingi dengan sistem pelekat epoksi dan diapit di antara pelekat GFRP. Spesimen disediakan mengikut prosedur standard untuk ikatan pelekat, memastikan ketebalan lapisan pelekat yang konsisten dan penjajaran lapisan GFRP.

Ujian Mekanikal:
Ujian kekuatan ricih pusingan (LSS) telah dijalankan untuk menilai prestasi mekanikal sendi terikat. Ujian telah dilakukan pada suhu bilik, dan hasilnya dibandingkan dengan konfigurasi epoksi yang kemas. Sifat mekanikal tambahan, seperti modulus penyimpanan, diukur menggunakan analisis mekanikal dinamik (DMA).

Pencirian Terma dan Elektrik:
Resapan terma dan muatan haba tentu (Cp) diukur menggunakan kalorimetri pengimbasan pembezaan (DSC). Suhu peralihan kaca (Tg) juga ditentukan. Pengukuran kekonduksian elektrik telah dilakukan untuk menilai keupayaan pemanasan Joule bagi sambungan celahan tudung gentian karbon.

Analisis FTIR:
Spektroskopi inframerah-transformasi Fourier (FTIR) digunakan untuk menganalisis struktur kimia sampel epoksi yang dipanaskan dan sampel komposit yang diperbuat daripada tudung gentian karbon celahan. Sampel dipanaskan pada 100 °C selama 1 minit untuk melihat sebarang perubahan kimia yang berpotensi.

Kekasaran Permukaan dan Kebolehbasahan:
Pengukuran kekasaran permukaan telah dijalankan menggunakan profilometer untuk menilai ciri-ciri permukaan pelekat GFRP. Pengukuran sudut sentuhan air dilakukan untuk menilai kebolehbasahan permukaan yang dirawat.

Simulasi Elemen Terhingga dan Pembelajaran Mesin:
Simulasi unsur terhingga telah dijalankan untuk memodelkan kelakuan terma-elektrik yang digabungkan bagi sambungan terikat semasa pemanasan Joule. Model pembelajaran mesin juga dibangunkan untuk meramalkan suhu pemanasan Joule berdasarkan parameter input. Hasil simulasi dan ML telah dibandingkan dengan data eksperimen untuk mengesahkan model.

Eksperimen Pemanasan Joule:
Eksperimen pemanasan joule telah dilakukan untuk menilai proses penyahikatan. Sambungan terikat tertakluk kepada arus elektrik, dan profil suhu dipantau. Ciri-ciri penyahikatan seperti daya, keperluan masa, dan koyak gentian pada permukaan melekat telah direkodkan.

Keputusan dan perbincangan

Jalinan tudung gentian karbon telah meningkatkan sifat mekanikal dan haba sambungan pelekat dengan ketara. LSS sendi meningkat, menunjukkan kekuatan ikatan yang dipertingkatkan. Modulus storan dan difusi terma juga menunjukkan peningkatan, manakala Cp dan Tg menurun, mencadangkan keupayaan pengurusan terma yang lebih baik.

Analisis FTIR mengesahkan bahawa tiada perubahan kimia yang ketara dalam sampel yang dipanaskan, menunjukkan bahawa proses interleaving tidak mengubah struktur kimia pelekat. Pengukuran kekasaran permukaan dan kebolehbasahan mendedahkan ciri permukaan yang lebih baik, menyumbang kepada lekatan yang lebih baik.

Simulasi elemen terhingga dan model pembelajaran mesin menunjukkan persetujuan yang baik dengan keputusan eksperimen, mengesahkan ketepatan model ramalan. Eksperimen pemanasan Joule menunjukkan penyahikatan yang cekap dengan keperluan daya dan masa yang minimum, dan tiada koyak gentian pada permukaan melekat.

Kajian ini menunjukkan keberkesanan penggunaan tudung gentian karbon yang dijalin dengan sistem pelekat epoksi untuk menyahikat sambungan GFRP terikat pelekat melalui pemanasan Joule. Proses interleaving meningkatkan sifat mekanikal dan terma bagi sendi, dan pemanasan Joule menyediakan kaedah penyahikatan yang cekap tenaga dan berkesan. Penggunaan gabungan simulasi elemen terhingga dan model pembelajaran mesin menawarkan ramalan yang tepat tentang tingkah laku pemanasan Joule, menjadikan pendekatan ini penyelesaian yang menjanjikan untuk penyahikatan atas permintaan dalam pelbagai aplikasi perindustrian.