Resin Dosing for Closed Impregnation Filament Winding: Process Optimization

Abstract

Denne rapporten dekker en undersøkelse rundt bruken av datastyrt tilføring av epoksyresin, eller "resindosering", under filamentvikling, for å optimalisere short-beam styrke i karbonfiberkompositter. Det gjøres bruk av en lukket impregneringsenhet basert på et sinusformet rør, og en nylig utviklet prototype for datastyrt resindosering basert på en peristaltisk pumpe. Prøvestykker i karbonfiberkompositt har blitt viklet i hoop-konfigurasjon over flere resindoseringshastigheter, og etterpåfølgende testing for short-beam styrke har blitt gjennomført etter standard ASTM D2344. En graf som viser utviklingen av short-beam styrke ved økende doseringshastighet har blitt produsert. Noe eksperimentelt arbeid og analyse har også blitt gjort med hensyn på variasjoner i gjenværende pot life. Resultater indikerer eksistensen av en overgangssone der short-beam styrken øker uten en tilsvarende økning i tykkelse, i det kompositten blir mer og mer mettet. Økning av doseringshastigheten utover et punkt av synlig metning gir lite fordel. Eksistensen av et slikt punkt, evnen til doseringssystemet til å endre doseringshastigheten på en kontrollert måte, og evnen til short-beam styrken til å gjenspeile disse endringene er lovende forhold for videre parametrisk materialforskning og komposittoptimaliseringsarbeid. Viskositetsendringer er vist å være vesentlige lenge før oppgitt pot life på 4 timer er utgått, og sammen med den observerte effekten av omgivelsesforhold på pot life, byr disse fremdeles en utfordring til kontrollen og repeterbarheten til vikling med elektronisk resindosering for vikleøkter utover 1 time. Hensyn ved bruken av elektronisk resindosering for parametriske studier av mekaniske egenskaper blir diskutert, med hovedvekt på utfordringer angående peristaltiske pumper, resinviskositet, og pot life.

This report covers an investigation into the use of using computer controlled administration of epoxy resin, or "resin dosing", during filament winding, to optimize the short beam strength of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) composites. Use is made of a siphon based closed impregnation chamber, and a newly developed prototype for computer controlled resin dosing based on a peristaltic pump. CFRP specimens have been wound in a hoop configuration across multiple resin dosing rates, and subsequent short beam strength testing has been done in accordance with standard ASTM D2344. A curve showing the development of the short beam strength with increasing dosing rate has been produced. Some experimental work and analysis has also been performed with regard to variations in expired pot life. Results indicate the presence of a transition zone featuring an increase in the short beam strength without an associated increase in thickness, as the composite becomes increasingly saturated. Increasing the dosing rate beyond the point of visible saturation provides little gain. The presence of such a point, the ability of the resin dosing system to change the dosing rate in a controlled way, and the ability for the short beam strength to reflect these changes are promising conditions for further parametric materials research and composite optimization efforts. Changes in viscosity are shown to be significant long before the stated 4h pot life is reached, and together with the observed effect of environmental conditions on pot life, these still pose a challenge to the control and repeatability of winding using electronic resin dosing for winding sessions exceeding 1h. In depth considerations regarding the use of electronic resin dosing for parametric studies of mechanical properties are discussed, with emphasis on issues pertaining to peristaltic pumps, resin viscosity and pot life.