vliegtuig vleugels, windturbinebladen, en andere grote onderdelen worden meestal gemaakt met behulp van bulkpolymerisatie in composietproductiefaciliteiten. Ze worden verwarmd en uitgehard in enorme autoclaven en verwarmde mallen zo groot als het afgewerkte onderdeel. Frontale polymerisatie is een nieuwe out-of-autoclaafmethode voor composietproductie waarvoor geen grote investering in faciliteiten vereist is. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign voerden een onderzoek uit waarbij het ene proces tegen het andere werd opgezet om de voor- en nadelen van elk te ontdekken.

"Frontale polymerisatie gebruikt helemaal geen autoclaaf, dus het vereist niet die enorme investering vooraf, " zei Bliss-professor Philippe Geubelle van de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de U van I. "Het is een chemische reactie die wordt ondersteund door het vrijkomen van warmte terwijl het front zich voortplant. Het kan veel energie besparen en het genereert veel minder koolstofdioxide, dus dat is een milieuvoordeel."

Geubelle zei dat ze de twee methoden begonnen te vergelijken door naar de thermochemische vergelijkingen te kijken om de twee polymerisatieprocessen te modelleren. Op die manier, ze konden de methoden voor een verscheidenheid aan composietmaterialen vergelijken, en in het bijzonder, de tijdsduur die elke methode nodig heeft om hetzelfde onderdeel te vervaardigen.

"De belangrijkste bijdrage vanuit theoretisch oogpunt is dat we de reactie-diffusievergelijkingen hebben herschreven om de twee belangrijkste niet-dimensionale parameters te extraheren, "Zei Geubelle. "Door alleen deze twee parameters te gebruiken, konden we naar een breed scala aan chemische parameters kijken, zoals de activeringsenergie en de reactiewarmte, en bij de impact van de begintemperatuur van de hars."

Geubelle zei dat deze methode hielp om de composietproductieprocessen op basis van bulk- en frontale polymerisatie te vergelijken in termen van de tijd die nodig is om een ​​onderdeel te vervaardigen. Uit de studie bleek dat er gevallen waren waarin de een of de ander sneller was.

"Stel je voor dat je iets wilt maken dat een meter lang is. Frontale polymerisatie zal de taak kunnen voltooien voordat de bulkpolymerisatie begint, " zei Geubelle. "Aan de andere kant, als je iets wilt maken dat 10 meter lang is, dan kan bulkpolymerisatie daadwerkelijk plaatsvinden voordat de voorkant het andere uiteinde van het onderdeel bereikt. Het is de concurrentie tussen deze twee processen die we in dit onderzoek hebben geanalyseerd."

Hij zei verder dat er verschillende manieren zijn om het proces voor frontale polymerisatie te versnellen:begin de voorkant aan beide uiteinden zodat het twee keer zo snel gaat, of verwarm het van onderaf met behulp van een verwarmd paneel eronder. "Dat proces gaat zo snel, we noemen het flitsuitharding, "Geubelle zei, "maar het verbruikt wel meer energie dan voor een enkel front."

Het vervaardigen van composietonderdelen met behulp van frontale polymerisatie in plaats van bulkpolymerisatie heeft veel voordelen.

"Met frontale polymerisatie, u hebt de grote kapitaalinvestering van de autoclaaf niet nodig, waardoor het een zeer aantrekkelijke optie is, Geubelle zei. "De tijd die nodig is om een ​​composietonderdeel uit te harden is ook veel korter en de impact op het milieu is aanzienlijk verminderd."

De studie, "Frontale versus bulkpolymerisatie van vezelversterkte polymeer-matrixcomposieten, is geschreven door S. Vyas, X. Zhang, E.Goli, en P.H. Geubelle. Het is gepubliceerd in Composieten Wetenschap en Technologie .