MCVE技術(shù)公司與IMT Nord Europe的材料和工藝中心合作，最近對其玻璃纖維織物功能化解決方案的使用進(jìn)行了驗證和鑒定。這篇文章解釋了如何賦予復(fù)合材料電子功能，而不損害其最終用途的機(jī)械性能。這篇文章發(fā)表在JEC復(fù)合材料雜志上。

MCVE技術(shù)公司擁有EOPROM專利，這是一種銅基配方，可以將軌道添加到各種類型的材料上。其Eopromflex工藝使用絲網(wǎng)印刷法和銅金屬化浴(類似于印刷電路行業(yè)使用的方法)沉積在由玻璃或天然纖維制成的柔性織物上。

自2019年成立以來，MCVE一直專注于生產(chǎn)功能化玻璃纖維材料，以期將其集成到復(fù)合材料中。多年來，MCVE的技術(shù)已經(jīng)在各種應(yīng)用的復(fù)合材料的各種織物上通過概念驗證得到了驗證。這一經(jīng)驗讓該公司展示了EOPROM與玻璃纖維織物結(jié)合的銅金屬化的強(qiáng)度。事實上，由于其可焊性，EOPROM為印刷電子功能創(chuàng)造了一個強(qiáng)大的連接。在IMT教授、塑料和復(fù)合材料專家Patricia Krawczak的指導(dǎo)下，IMT Nord Europe開展了名為“通過在織物上印刷功能性成分的集成實現(xiàn)復(fù)合材料儀器化:開發(fā)、加工性和特性”的研究。

圖1:九個測試樣本設(shè)計

其目的是表明使用EOPROM配方通過浸漬工藝將功能化層整合到復(fù)合材料中不會影響材料的機(jī)械性能。

試驗設(shè)計

為了確定軌道寬度的影響，設(shè)計了寬度為0.8 mm、1.5 mm和3 mm的三條單縱向線。還設(shè)計了用于加熱電路的四個彎曲設(shè)計。有兩個具有不同排距的縱向彎曲和兩個各具有可變排距的橫向彎曲。最后一種設(shè)計是專門針對尺寸較小的彎曲試樣的。除了寬度不同的單線外，所有其他軌道的寬度都是1.5毫米。

樣品制造

軌道是用EOPROM漿料通過絲網(wǎng)印刷設(shè)計制作的。絲網(wǎng)印刷后，將樣品放在干燥箱中，然后浸入各種金屬浴中。這些浴的目的是在EOPROM漿料上沉積一層銅。

復(fù)合板由以下部件制成:

圖2:示出了層堆疊的圖

–由緞面玻璃纖維制成的加固材料層，具有近乎平衡的編織(52/48)，重量為296g/m。Samaro材料參考PO12768。

–一層功能性玻璃纖維織物(包含銅軌道),采用非平衡編織(60/40 ),重量為202g/m。Porcher材料參考號7628。

–Gurit Prime 37樹脂和AMPREG 3X慢速硬化劑，質(zhì)量比為100:29。

制造的板的尺寸為250×25×2毫米；有四種不同的配置。

對于拉伸試樣:
–2.24毫米厚
–[(0 R)9/ (0華氏度)/ (0華氏度)]
對于平面剪切試樣:
–2.24毫米厚
–[(45 R)9/ (0華氏度)/ ( 45華氏度)]
對于三點彎曲試樣和短梁剪切試樣:
–[(0 R)10/ (0華氏度)/ (0華氏度)10?]
–[(0 R)19/ (0華氏度)/ (0華氏度)1?]

在環(huán)境溫度和-900毫巴下使用浸漬工藝16小時來制造各種板。將板脫模，然后在55℃下后固化24小時。

拉伸時的機(jī)械特性
使用ISO 527-4標(biāo)準(zhǔn)NF，允許縱向彈性模量(E)和拉伸強(qiáng)度σM待定。
應(yīng)用了以下測試參數(shù):
–位移速度:2毫米/分鐘
–下降40%后，測試停止

通過幾種方法測量位移，用伸長計或通過DIC(數(shù)字圖像相關(guān)),在某些情況下還通過十字頭位移。

在單縱向線的情況下，拉伸試驗結(jié)果表明銅表面積和彈性模量之間的線性相關(guān)性。在縱向彎曲的情況下，彎曲數(shù)量的增加(以及彎曲之間間距的減小)提高了模量。在橫向彎曲的情況下，彎曲之間空間的減小降低了彈性模量值。

這些抗拉強(qiáng)度測試的結(jié)果表明，在橫向設(shè)計的情況下，銅跡線數(shù)量的增加意味著抗拉強(qiáng)度的下降。對單線的進(jìn)一步檢查似乎表明，存在一個抗拉強(qiáng)度下降較大的線寬值。因此，最好使用小于2毫米的線。

溫度循環(huán)對拉伸性能的影響
目標(biāo)工業(yè)應(yīng)用之一是集成加熱。因此，事先檢查其影響至關(guān)重要。

應(yīng)用了熱循環(huán):
–七個30分鐘的熱循環(huán)，然后在環(huán)境溫度下循環(huán)30分鐘
–對于設(shè)計19: 4.2伏/ 2.8安
–對于設(shè)計20: 3.4伏/ 2.3安
–表面溫度約為67℃
–另一側(cè)的溫度≈64℃

將經(jīng)受熱應(yīng)力的試樣與一系列未經(jīng)受熱應(yīng)力的試樣進(jìn)行比較。

考慮到標(biāo)準(zhǔn)偏差，測量結(jié)果顯示，經(jīng)受過熱循環(huán)的試樣之間的值與未經(jīng)受熱循環(huán)的試樣之間的值非常接近。因此，溫度循環(huán)對機(jī)械性能的影響非常小。

圖3:縱向彈性模量與銅表面積的關(guān)系

圖4:平面剪切強(qiáng)度值的范圍

平面剪切試驗

進(jìn)行的第二個機(jī)械試驗是平面內(nèi)剪切試驗，根據(jù)NF EN ISO 14129標(biāo)準(zhǔn)，通過45°拉伸試驗進(jìn)行。它使得面內(nèi)剪切模量G12和面內(nèi)剪切強(qiáng)度τ12米待定。

復(fù)合材料中存在的銅導(dǎo)致平面剪切模量G下降12。然而，這些值仍然在這種材料所能預(yù)期的數(shù)量級之內(nèi)。
通過這些測試，我們了解到設(shè)計導(dǎo)向可以產(chǎn)生強(qiáng)大的影響。雖然縱向設(shè)計似乎是有利的，但應(yīng)避免橫向設(shè)計。

三點彎曲試驗

考慮的第三個試驗是根據(jù)NF EN ISO 14125標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的三點彎曲試驗。它允許彎曲斷裂應(yīng)力σ消防隊（firebrigade）和彎曲模量(例如f)待定。

銅對彎曲彈性模量的影響幾乎可以忽略不計，當(dāng)功能層靠近表面放置時更是如此。對制造過程至關(guān)重要的鍍金屬浴對彎曲性能沒有顯著影響。

銅的存在對彎曲模量和彎曲強(qiáng)度都有相當(dāng)積極的影響。因此，有可能將功能層集成到將承受彎曲應(yīng)力而不損失機(jī)械性能的部件中。

鍍金屬浴與參考相比沒有明顯的偏差，因此在尺寸上不會出現(xiàn)明顯的惡化。

圖5:彎曲模量的取值范圍(功能層位于中性軸(左)或靠近試樣拉伸狀態(tài)一側(cè)(右)

短梁剪切試驗

根據(jù)NFEN ISO 14130標(biāo)準(zhǔn)，最后考慮的測試是通過三點彎曲測試的ILSS剪切測試。它能確定層間剪切強(qiáng)度τ13米.

這些試驗特別調(diào)查了三個方面:銅的存在的影響，鍍金屬浴對上漿的影響。

由于大多數(shù)試樣沒有分層，層間剪切強(qiáng)度值無法量化。然而，獲得的下限值保持在預(yù)期的數(shù)量級內(nèi)，并且數(shù)值沒有明顯下降。

圖6:層間剪切強(qiáng)度的數(shù)值范圍(放置在中性軸(右側(cè))或靠近試樣拉伸狀態(tài)一側(cè)(右側(cè))的功能層)

機(jī)械試驗的結(jié)論

這項研究的重點是檢查將功能部件集成到復(fù)合材料中的影響。從一般的觀點來看，這些組件的影響是相當(dāng)…

用EOPROM功能化的亞麻織物。銅MCVE上的錫焊料

版權(quán)聲明：復(fù)材云集尊重版權(quán)并感謝每一位作者的辛苦付出與創(chuàng)作；除無法溯源的文章，我們均在文末備注了來源；如文章視頻、圖片、文字涉及版權(quán)問題，請第一時間聯(lián)系我們，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容！