Analyse af fordele og ulemper ved to sammensatte fremstillingsmetoder

Flyvinger, vindmøllevinger, og andre store dele er typisk fremstillet ved hjælp af bulkpolymerisation i kompositproduktionsfaciliteter. De opvarmes og hærdes i enorme autoklaver og opvarmede forme lige så store som den færdige del. Frontal polymerisation er en ny out-of-autoklave metode til kompositfremstilling, der ikke kræver en stor facilitet investering. Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign gennemførte en undersøgelse, der satte den ene proces op imod den anden for at opdage fordele og ulemper ved hver enkelt proces.

"Frontal polymerisation bruger slet ikke en autoklave, så det kræver ikke den store forhåndsinvestering, "sagde bliss professor Philippe Geubelle i Institut for Aerospace Engineering ved U of I." Det er en kemisk reaktion, der opstår ved frigivelse af varme, når fronten formerer sig. Det kan spare en masse energi, og det genererer meget mindre kuldioxid, så det er en miljømæssig fordel."

Geubelle sagde, at de begyndte at sammenligne de to metoder ved at se på de termokemiske ligninger for at modellere de to polymerisationsprocesser. På den måde, de kunne sammenligne metoderne for en række forskellige kompositmaterialer, og især, den tid, hver metode tager at fremstille den samme del.

"Nøglebidraget fra et teoretisk synspunkt er, at vi har omskrevet reaktions-diffusionsligningerne for at udtrække de to vigtigste ikke-dimensionelle parametre, "Sagde Geubelle." Ved kun at bruge disse to parametre fik vi mulighed for at se på en lang række kemiske parametre, såsom aktiveringsenergien og reaktionsvarmen, og ved påvirkningen af ​​harpiksens begyndelsestemperatur."

Geubelle sagde, at denne metode hjalp med at sammenligne de sammensatte fremstillingsprocesser baseret på bulk og frontal polymerisering med hensyn til den tid, det tager at fremstille en del. Undersøgelsen viste, at der var tilfælde, hvor den ene eller den anden var hurtigere.

"Forestil dig, at du vil lave noget, der er en meter langt. Frontal polymerisation vil være i stand til at fuldføre opgaven, før bulkpolymerisering begynder at sparke ind, " sagde Geubelle. "På den anden side, hvis du vil lave noget, der er 10 meter langt, så kan massepolymerisation faktisk finde sted, før fronten når den anden ende af delen. Det er konkurrencen mellem disse to processer, vi analyserede i denne undersøgelse."

Han fortsatte med at sige, at der er flere måder at fremskynde processen for frontal polymerisation:start fronten i begge ender, så det går dobbelt så hurtigt, eller opvarm det fra bunden ved at bruge et opvarmet panel under det. "Den proces er så hurtig, vi omtaler det som flashhærdning, "Geubelle sagde, "men det bruger mere energi end til en enkelt front."

Fremstilling af kompositdele ved hjælp af frontal polymerisation i stedet for bulkpolymerisation har mange fordele.

"Med frontal polymerisation, du behøver ikke autoklavens store kapitalinvestering, gør det til en meget attraktiv mulighed, " sagde Geubelle. "Den tid det tager at hærde en kompositdel er også meget kortere, og miljøpåvirkningen er væsentligt reduceret."

Studiet, "Frontal vs. bulk polymerisation af fiberforstærkede polymer-matrix-kompositter, " blev skrevet af S. Vyas, X. Zhang, E. Goli, og P. H. Geubelle. Den er udgivet i Kompositter videnskab og teknologi .