MCVE技術公司與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行了驗證和鑒定。這篇文章解釋了如何賦予復合材料電子功能，而不損害其最終用途的機械性能。

 

MCVE技術公司擁有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工藝使用絲網印刷法和銅金屬化浴(類似于印刷電路行業使用的方法)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一直專注于生產功能化玻璃纖維材料，以期將其集成到復合材料中。多年來，MCVE的技術已經在各種應用的復合材料的各種織物上通過概念驗證得到了驗證。這一經驗讓該公司展示了EOPROM與玻璃纖維織物結合的銅金屬化的強度。事實上，由于其可焊性，EOPROM為印刷電子功能創造了一個強大的連接。在IMT教授、塑料和復合材料專家Patricia Krawczak的指導下，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復合材料儀器化:開發、加工性和特性”的研究。

圖1:九個測試樣本設計

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合材料中不會影響材料的機械性能。

試驗設計

為了確定軌道寬度的影響，設計了寬度為0.8 mm、1.5 mm和3 mm的三條單縱向線。還設計了用于加熱電路的四個彎曲設計。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漿料通過絲網印刷設計制作的。絲網印刷后，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。

拉伸時的機械特性

使用ISO 527-4標準NF，允許縱向彈性模量(E)和拉伸強度σM待定。
應用了以下測試參數:
–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(數字圖像相關),在某些情況下還通過十字頭位移。

 

在單縱向線的情況下，拉伸試驗結果表明銅表面積和彈性模量之間的線性相關性。在縱向彎曲的情況下，彎曲數量的增加(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。

 

這些抗拉強度測試的結果表明，在橫向設計的情況下，銅跡線數量的增加意味著抗拉強度的下降。對單線的進一步檢查似乎表明，存在一個抗拉強度下降較大的線寬值。因此，最好使用小于2毫米的線。

 

溫度循環對拉伸性能的影響

目標工業應用之一是集成加熱。因此，事先檢查其影響至關重要。

應用了熱循環:
–七個30分鐘的熱循環，然后在環境溫度下循環30分鐘
–對于設計19: 4.2伏/ 2.8安
–對于設計20: 3.4伏/ 2.3安
–表面溫度約為67℃
–另一側的溫度≈64℃

 

將經受熱應力的試樣與一系列未經受熱應力的試樣進行比較。

 

考慮到標準偏差，測量結果顯示，經受過熱循環的試樣之間的值與未經受熱循環的試樣之間的值非常接近。因此，溫度循環對機械性能的影響非常小。

圖3:縱向彈性模量與銅表面積的關系

圖4:平面剪切強度值的范圍

平面剪切試驗

進行的第二個機械試驗是平面內剪切試驗，根據NF EN ISO 14129標準，通過45°拉伸試驗進行。它使得面內剪切模量G12和面內剪切強度τ12米待定。

復合材料中存在的銅導致平面剪切模量G下降12。然而，這些值仍然在這種材料所能預期的數量級之內。

通過這些測試，我們了解到設計導向可以產生強大的影響。雖然縱向設計似乎是有利的，但應避免橫向設計。

三點彎曲試驗

考慮的第三個試驗是根據NF EN ISO 14125標準進行的三點彎曲試驗。它允許彎曲斷裂應力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，當功能層靠近表面放置時更是如此。對制造過程至關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度都有相當積極的影響。因此，有可能將功能層集成到將承受彎曲應力而不損失機械性能的部件中。

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一側(右))

短梁剪切試驗

根據NF EN ISO 14130標準，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度τ13米.

這些試驗特別調查了三個方面:銅的存在的影響，鍍金屬浴對上漿的影響。

 

由于大多數試樣沒有分層，層間剪切強度值無法量化。然而，獲得的下限值保持在預期的數量級內，并且數值沒有明顯下降。

圖6:層間剪切強度的數值范圍
(放置在中性軸(右側)或靠近試樣拉伸狀態一側(右側)的功能層)

機械試驗的結論

這項研究的重點是檢查將功能部件集成到復合材料中的影響。

用EOPROM功能化的亞麻織物。銅MCVE上的錫焊料