Армирование полимеров рубленным волокном

[vctos]

Предлагаю здесь обсудить технологии армирования полимеров рубленным углеволокном.

Известно много идей применения нанотрубок, но рубленное волокно гораздо дешевле, основные принципы можно отработать на нем.
Вариант поставщика - http://formula-carbon.ru/katalog-materi ... ands-3-mm/

Потенциально применимо для 3Д печати и для термопластавтоматов. Кроме того, можно применять для наполнения моделей из эпоксидной смолы или литьевого полиуретана .

[volgaozon]

Помню Вы говорили о базальтовом волокне. Будем пробовать. Но плотность базальта может сыграть роль увеличения конечной плотности материала. Практика покажет критичность.

[vctos]

Если правильно понимаю, в контексте темы у базальта есть преимущество перед модифицированным углеволокном - высокое относительное удлинение на разрыв (~3%).
Массовая доля добавляемого волокна определяется экспериментально исходя из максимума целевого показателя, она может быть достаточно небольшой, процентов 10%-20%.
Отдельный момент, подходят не любые волокна, а имеющие соответствующим образом активированную поверхность для обеспечения высокой адгезии (смачиваемость+сцепление) с связующим. Здесь волокно с таким замасливателем https://basfiber.com/ru/products/chopped-strands для бетона (оптимизацией цены не интересовался).

И еще есть арамидное волокно (кевлар) со своими преимуществами. рубленое нашлось только в Китае, вместо этого нашелся такой потенциально полезный текст https://patents.google.com/patent/RU2389604C2/ru

[volgaozon]

Доброго времени всем, кому интересно))))
Как понимаю здесь пока двое)))
Изложу несколько пробных работ по 3д печати SLA.
Работы с полимерами ведем давно. Занимались различными направлениями от систем полимеризации каучуков и их стабилизации, модификации каучуков и олигомеров, вторичная переработка, разработка негорючих полимеров и эпоксидных смол.
Коллеги имеют опыт разработки олигополимерных систем начиная 80-х прошлого века.
Конкретно "мономерными" фотоотверждаемыми системами непосредственно для SLA принтеров с начала 2000 годов.
Я с сотрудниками и аспирантами исследуем направление только с целью разработки олигомономерных фотоотверждаемых систем и занялись этим вынужденно, из-за невозможности получения отвержденных полимеров другими способами.
Основное направление - полимерные материалы с пониженной горючестью.
На определенном этапе заинтересовал вопрос получения наполненных силикатами фотоотверждаемых композиций - материалов ограниченной горючести.
Публикуем первый негативный опыт печати образцов наполненных синтезированными нами же силикатами.

[volgaozon]

В представленном явно видна возможность получения наполненных материалов.
Ограничения:
1. Размер частиц, как минимум, наполнителя не должен быть больше шага платформы при печати.
2. Материал частиц наполнителя должен быть светопрозрачен на частотах источника отверждения, либо огибаем световым потоком.

Пока так.

[volgaozon]

Опыт 3Д печати рубленным волокном оказался еще более печальным.

Закупили 100 г рубленного углеволокна с длиной 3мм и диаметром 0,5 мм
Первая ошибка - диаметр волокна больше шага площадки при печати.

Далее проблема с подготовкой смеси. 5% наполнение мономера (далее по тексту - жижа - подготовленная смесь мономера наполнителя и др. компонентов) привело к значительному загущению жижи, к ее нетехнологичности. По ряду причин, в том числе за счет поглощения мономера волокном. Хотя мы этого не ожидали.
При механическом перемешивании волокно комковалось, сбиваясь в клубки.

Ограничились 1 % наполнением дляя пробой печати.
Кое что из волокна в массу полимера вошло... Как дефект печати ))). В виде полосок (см. фото). Вероятно с нарушением целостности и сплошности материала отвержденного композита.
Все, что не вошло в отвержденный полимер, оказалось комком в стороне от площадки печати. Сама жижа очистилась

[volgaozon]

Да, и еще.
Попытка отверждения 5% наполненной жижи в массе доброго эффекта не дало. Ограниченное светопропускание вглубь привело в отверждению только с поверхности. Внутри оказалась начинка из неотвержденного мономера. Тоже было ожидаемо, но все же попробовать надо было.

[vctos]

Закупили 100 г рубленного углеволокна с ... ром 0,5 мм
D=0.5мм - это очевидно слишком много. Необходимо что-то типа суспензии, в идеале - с коллоидными свойствами твердая фаза не оседает на дно. Или необходима (периодическая?) втряска-вибрация-озвучка (в т.ч. УЗ)-барботаж для обеспечения взвешенного состояния твердой фазы с целью ее распределения по печатаемой детали. Или подавать волокно порциями и все равно как-то перемешивать или подсыпать по всей площади поверхности.

Я бы начинал с диаметра менее человеческого волоса, т.е. менее 0.08мм. Типа шерсти сибирского кота (0.02-0.05мм).
Следующий момент - волокно должно быть ориентировано по направлению наиболее вероятной деформации, только так оно будет участвовать в обеспечении несущей способности. Т.е., если нужно напечатать балку, работающую на изгиб, ее нужно печатать горизонтально ("лежа", а не "стоя") + придумать полевое воздействие, которое направит волокна по продольной оси балки.

[vctos]

Попытка отверждения 5% наполненной жижи в массе доброго эффекта не дало. Ограниченное светопропускание вглубь привело в отверждению только с поверхности. Внутри оказалась начинка из неотвержденного мономера.

дык в фотопринтере только поверхностный слой и должен ведь отверждаться?

[vctos]

При механическом перемешивании волокно комковалось, сбиваясь в клубки.

Вот это неприятный момент. При уменьшении диаметра процесс вероятнее всего будет ухудшаться.
Насколько понимаю, если волокна встретились, они прижимаются друг к другу "навсегда" гидрообъемным давлением жидкости (нужно будет букварь посмотреть по жидко-твердофазной среде). + силы поверхностного натяжения будут обеспечивать такое прилипание и это не получится исправить, так как нам нужно обеспечить смачиваемость волокна.

Первое что приходит в голову - должна быть настолько низкая концентнация, чтобы вероятность контакта двух волокон была малой
Второе - использование вместо волокна "в насыпку" нетканной сетки-паутинки (типа стеклохолста для врмирования штукатурки) + в перспективе хитрая автоматизация - напечатали слой, приподняли, просунули новую порцию сетки, отверждаем следующий слой. Согласен, неудобно выглядит, в конце придется по краям лишнее обрубать, а что делать с паутинкой во внутренних полостях вообще не понятно. Но для начала нужно в принципе понять - а стоит ли овчинка выделки, возможна ли такая печать, т.е. можно и вручную попробовать.

[vctos]

2. Материал частиц наполнителя должен быть светопрозрачен на частотах источника отверждения, либо огибаем световым потоком.

кварцевое волокно будет пропускать УФ.
чтобы УФ начало хорошо огибать волокно, требуется диаметр порядка полмикрона (длина волны). Ну или в микрон-полтора (это уже будет три длины волны, огибаемость средненькая) -- пока считаю более перспективным поиграться в послойное отверждение с вытягиванием детали.

[vctos]

Насколько понимаю, если волокна встретились, они прижимаются друг к другу "навсегда"

Опыт показал, что волокна как минимум в достаточно маловязкой жидкости возможно разделять.
Ввзял рюмку, налил воды. Порубил крученную капроновую нить на сегменты длиной преимущественно 2-5 мм, но некоторые оказались более длинными (~до 20 мм). закинул в вводу, перемешал минут пять, получил вполне себе коллоидную массу, состоящую из разделенных друг от друга волокон.

Пометил волокна в емкость большего объема. Размешал, затем слил волокно-водяной коллооид на плоскую поверхность, дал слиться лишней воде. За ночь остатки влаги высохли, на поверхности получилось что-то типа нетканного материала. Который, впрочем, можно покупать готовый с горазд лучшим качеством.

толщина слоя порядка двух мм сформировалась в процессе переноса с одной поверхности на другую.