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

Význam tématu

V moderním průmyslu kompozitních materiálů je klíčové kontrolovat čistotu povrchů uhlíkových vláken před konečnými operacemi, jako je lepení nebo lakování. Zbytky uvolňovacího činidla mohou významně snížit pevnost spoje a adhezi nátěrových hmot, což ohrožuje kvalitu a životnost finálních dílů. Rychlá a nedestruktivní analýza na pracovišti umožňuje okamžitou zpětnou vazbu a optimalizaci procesů.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zabývá aplikací přenosného FTIR spektrometru pro kvantifikaci zbytků silikonu z uvolňovacího činidla na povrchu CFRP panelů. Cílem bylo vyvinout a ověřit multivariační model pro rychlé vyhodnocení úrovně kontaminace a porovnat jej se standardní XPS metodou, s ohledem na vliv na mechanickou pevnost spoje měřenou parametrem GIc.

Použitá metodika a instrumentace

Studie využila následující přístroje a postupy:

• FTIR spektrometr Agilent 4100 Handheld ExoScan s difuzním odrazem, rozlišení 8 cm⁻¹, 128 interferogramů, doba měření 40 s na bod.
• X-ray photoelectron spectroscopie (XPS) pro stanovení procenta křemíku na povrchu.
• MTS Universal Testing Machine podle norem ISO 15024 a 25217 pro výpočet GIc (kritické energie uvolnění praskliny).
• Multivariační analýza (PLS) pro korelaci FTIR spekter s procentem Si z XPS.

Hlavní výsledky a diskuse

Vznikl PLS model s koeficientem korelace R=0,96, který predikoval obsah siloxanů s přesností 1–2 % Si. S postupným nárůstem zbytků činidla od 2,2 % do 10,5 % klesal GIc hodnoty od přibližně 1036 J/m² na 40 J/m². Mechanická pevnost spoje byla nejvíce ovlivněna reziduálním uvolňovacím činidlem, zatímco vlhkost, pH extraktu a tepelná degradace měly menší dopad.

Přínosy a praktické využití metody

Analýza FTIR v terénu umožňuje:

• Okamžité rozhodnutí o únosnosti či nutnosti dodatečného ošetření povrchu.
• Automatické barevné rozlišení závažnosti kontaminace díky vestavěnému modelu.
• Úsporu času a snížení nákladů oproti laboratorním metodám.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření přenosných spektrometrů s vyšším rozlišením a vylepšenou ergonomií (např. Agilent 4300). Další potenciál spočívá v integraci s IoT platformami pro sledování kvality v reálném čase, v rozvoji algoritmů pro detekci tepelných a chemických poškození vláken či pro hodnocení pokročilých povrchových úprav plasma či UV.

Závěr

Metoda přenosné FTIR spektroskopie poskytuje rychlou, nedestruktivní a spolehlivou kvantifikaci zbytků uvolňovacího činidla na CFRP povrchu. PLS model dosahuje vynikající shody s XPS, umožňuje okamžité hodnocení kvality před dalšími výrobními kroky a přispívá k optimalizaci výrobních a údržbových procesů v kompozitním průmyslu.

Reference

1. ENCOMB Project. European Union Seventh Framework Programme, Grant 266226.
2. Markatos D. N., Tserpes K. I., Rau E., Ehrhart B., Pantelakis S. Effects of bonding quality reduction on mode-I fracture toughness of composite joints. Compos. Part B: Eng. 2013, 45(1):556–564.
3. Markatos D. N., Tserpes K. I., Rau E., Pantelakis S. Degradation of mode I fracture toughness due to release agent and moisture contamination. J. Adhesion 2014, 90(2):156–173.
4. Markatos D. N., Tserpes K. I., Chamos A., Pantelakis S. Effects of pre-bond contamination and high temperature on mode-I fracture toughness of CFRP joints. In: Proc. ICEAF III, Kos, Řecko, 2013.
5. Henkel Frekote 700NC MSDS. Henkel, 2015.
6. Higgins F. Non-Destructive Evaluation of Composite Thermal Damage with Agilent 4300 FTIR; Agilent Application Note 5991-4037EN, 2014.
7. Rein A., Tang P. L. Analysis of plasma treated CFRP composites by portable FTIR; Agilent Application Note 5991-4033EN, 2014.