Quantification of Release Agent on a Carbon-Fiber-Reinforced Polymer using a Hand-Held FTIR

Aplikace | 2018 | Agilent TechnologiesInstrumentace
FTIR Spektroskopie
Zaměření
Materiálová analýza
Výrobce
Agilent Technologies

Význam tématu


Carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) se široce používá v leteckém a automobilovém průmyslu díky vysoké pevnosti a nízké hmotnosti. Pro zajištění kvalitního lepení nebo nátěru je nezbytné odstranit zbytky uvolňovacích prostředků (release agent), které výrazně snižují pevnost spoje a přilnavost povrchových úprav. Rychlá, neinvazivní a in-situ kontrola těchto zbytků je klíčová pro optimalizaci výrobních a servisních procesů.

Cíle a přehled studie / článku


Cílem práce bylo demonstrovat schopnost přenosného FTIR spektrometru Agilent 4100 ExoScan kvantifikovat množství polydimethylsiloxanu (PDMS) z uvolňovacího prostředku Frekote 700NC na povrchu CFRP před lepením. Studie byla součástí projektu ENCOMB financovaného EU, který zkoumal vliv různých typů kontaminace (release agent, vlhkost, kyselá extrakce, tepelná degradace) na energetickou odolnost spoje GIc.

Použitá metodika a instrumentace


  • Systém CFRP: T700 uhlíkové vlákno s matricí M21 epoxidu, šest vrstev unidirekcionálně orientovaných vláken.
  • Příprava kontaminace: čtyři úrovně znečištění release agentem (2,2 % až 10,5 % Si) odpovídající čtyřem „severity“ úrovním.
  • Mechanické testy: měření kritické energie uvolnění GIc pomocí MTS Universal Testing Machine dle ISO 15024 a ISO 25217.
  • FTIR analýza: Agilent 4100 Handheld ExoScan s diffuse reflectance rozhraním, 16 vzorkovacích bodů na vzorek, 71 spekter, 128 koaddních interferogramů, rozlišení 8 cm⁻¹, doba měření 40 s na bod.
  • Referenční metoda: X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) pro stanovení procenta Si na povrchu.
  • Multivariátní analýza: partial least squares (PLS) model, 55 spekter pro kalibraci, 16 spekter pro validaci, čtyři faktory, koeficient determinace R² = 0,96.

Hlavní výsledky a diskuse


Se vzrůstající koncentrací PDMS na povrchu CFRP dramaticky klesala hodnota GIc z přibližně 1036 J/m² (nízká úroveň) na 40 J/m² (nejvyšší úroveň). FTIR spektra prokázala charakteristické absorpční pásy PDMS, které PLS model spolehlivě kvantifikoval. Predikce procenta Si z FTIR se shodovala s XPS v průměru na úrovni ±1 % Si. Analýza prokázala, že zbytky release agentu jsou nejvíce škodlivou formou kontaminace ovlivňující pevnost spoje.

Přínosy a praktické využití metody


  • Rychlá neinvazivní inspekce přímo ve výrobě či na pracovišti – do jedné minuty na měření.
  • Jednoduché vyhodnocení „pass/fail“ pomocí kalibrovaného modelu s barevným označením úrovně kontaminace.
  • Možnost použití personálem s různou úrovní zkušeností.
  • Minimalizace selhání lepení a zlepšení přilnavosti nátěrů.

Budoucí trendy a možnosti využití


Další rozvoj by měl směřovat k širšímu využití přenosných FTIR přístrojů (např. novější model Agilent 4300) pro detekci jiných typů kontaminace (vlhkost, pH, tepelné poškození). Integrace s umělou inteligencí a automatizované mapování povrchů by mohly zrychlit a zpřesnit kontrolní procesy v leteckém, automobilovém i spotřebním průmyslu.

Závěr


Study ukázala, že handheld FTIR spektrometr Agilent 4100 ExoScan ve spojení s PLS modelem dokáže rychle a spolehlivě kvantifikovat zbytky release agentu na povrchu CFRP. Tato metoda nabízí robustní nástroj pro neinvazivní kontrolu kvality povrchové úpravy a přípravy spoje.

Reference


  • ENCOMB Extended Nondestructive Testing of Composite Bonds, projekt EU, grant 266226.
  • Markatos D. N. et al., Compos. Part B: Eng. 2013, 45(1), 556–564.
  • Markatos D. N. et al., J. Adhesion 2014, 90(2), 156–173.
  • Markatos D. N. et al., Proceedings ICEAF III, Kos 2013.
  • Henkel Frekote 700NC MSDS.
  • Higgins F., Agilent Application Note 5991-4037EN 2014.
  • Rein A., Tang P. L., Agilent Application Note 5991-4033EN 2014.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Molecular Spectroscopy Application eHandbook
Molecular Spectroscopy Application eHandbook
2017|Agilent Technologies|Příručky
Analysis of plasma treated carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites by portable Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
Non-Destructive Analysis of Substrates and Contaminants by FTIR with Specular Reflectance Interface
Novel applications of hand-held and benchtop FTIR instruments
Novel applications of hand-held and benchtop FTIR instruments
2019|Agilent Technologies|Brožury a specifikace