Flygplansvingar, vindkraftverksblad, och andra stora delar skapas vanligtvis med bulkpolymerisation i komposittillverkningsanläggningar. De värms och härdas i enorma autoklaver och uppvärmda formar lika stora som den färdiga delen. Frontal polymerisation är en ny out-of-autoklav metod för komposittillverkning som inte kräver en stor anläggningsinvestering. Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign genomförde en studie som ställde den ena processen mot den andra för att upptäcka fördelar och nackdelar med var och en.

"Frontal polymerisation använder inte en autoklav alls, så det kräver inte så stora förskottsinvesteringar, "sade Bliss -professor Philippe Geubelle vid Institutionen för rymdteknik vid U of I." Det är en kemisk reaktion som uppstår genom att värme släpps ut när fronten förökar sig. Det kan spara mycket energi och det genererar mycket mindre koldioxid, så det är en miljöfördel. "

Geubelle sa att de började jämföra de två metoderna genom att titta på de termokemiska ekvationerna för att modellera de två polymerisationsprocesserna. På det sättet, de kunde jämföra metoderna för en mängd olika kompositmaterial, och särskilt, den tid varje metod tar för att tillverka samma del.

"Det viktigaste bidraget ur teoretisk synvinkel är att vi har skrivit om reaktions-diffusionsekvationerna för att extrahera de två viktigaste icke-dimensionella parametrarna, "Geubelle sa. "Med bara dessa två parametrar kunde vi titta på ett brett spektrum av kemiska parametrar, såsom aktiveringsenergin och reaktionsvärmen, och vid inverkan av hartsets initiala temperatur."

Geubelle sa att den här metoden hjälpte till att jämföra de sammansatta tillverkningsprocesserna baserade på bulk och frontal polymerisation när det gäller den tid det tar att tillverka en del. Studien fann att det fanns tillfällen då det ena eller det andra var snabbare.

"Tänk dig att du vill göra något som är en meter långt. Frontal polymerisation kommer att klara uppgiften innan bulkpolymerisering börjar sparka in, sade Geubelle. Å andra sidan, om du vill göra något som är 10 meter långt, då kan bulkpolymerisation faktiskt äga rum innan fronten når den andra änden av delen. Det är konkurrensen mellan dessa två processer som vi analyserade i den här studien. "

Han fortsatte med att säga att det finns flera sätt att påskynda processen för frontal polymerisation:starta fronten i båda ändar så det går dubbelt så snabbt, eller värm den från botten med hjälp av en uppvärmd panel under den. "Denna processen är så snabb, vi kallar det för flashhärdning, "Geubelle sa, "men det använder mer energi än för en enda front."

Att tillverka kompositdelar med frontalpolymerisation istället för bulkpolymerisation har många fördelar.

"Med frontal polymerisation, du behöver inte autoklavens stora kapitalinvestering, vilket gör det till ett mycket attraktivt alternativ, "Sa Geubelle." Den tid det tar att härda en sammansatt del är också mycket kortare och miljöpåverkan reduceras avsevärt. "

Studien, "Frontal vs. bulkpolymerisation av fiberförstärkta polymer-matriskompositer, " skrevs av S. Vyas, X. Zhang, E. Goli, och P. H. Geubelle. Den publiceras i Kompositer vetenskap och teknik .