Thermal Sensor to Monitor Mechanical Properties in Polymer/Fiber Composite Molding

Authors


Abstract

Multi-layered samples of 1) continuous fiber axially aligned and 2) random oriented mat glass fiber composites were manually prepared for a fiber content ranging from zero to 20% (vol.). The uniaxially aligned samples displayed linear relations between both normalized elastic modulus and normalized thermal conductivity, and fiber content, for axially applied load and heat flux. For the random mat composite samples, similar results were obtained, with symmetry displayed in the plane of the mat. In both cases, measured axial thermal conductivity permits an evaluation of the axial elastic modulus. The Mathis surface probe used (US patent #5,795,064) is demonstrated as a non-intrusive indirect method of obtaining thermal conductivity for heat flux parallel (i.e. axial or transverse) to the plane of a sample. The method shows potential for use as an in-line monitoring device for the mechanical properties of molded composites.

Abstract

Des échantillons multicouches de composites (1) de fibres continues alignées dans le sens axial et (2) de fibres de verre en natte orientées aléatoirement, ont été préparés manuellement pour une teneur en fibre comprise entre 0 et 20 % (vol.). Pour les échantillons alignés dans le sens uniaxial, on montre l'existence de relations linéaires entre la teneur en fibre et le module élastique normalisé et entre la teneur en fibre et la conductivité thermique normalisée, pour une charge et un flux de chaleur appliqués dans le sens axial. Pour les échantillons de composite en natte aléatoire, des résultats similaires ont été obtenus, avec une symétrie observée dans le plan de la natte. Dans les deux cas, la conductivité thermique axiale mesurée permet une évaluation du module élastique axiale. On démontre que la sonde de surface Mathis utilisée (brevet US # 5,795,064) constitue une méthode indirecte non intrusive pour obtenir la conductivité thermique pour un flux de chaleur parallèle (c.-à-d. axial ou transversal) au plan de la surface de l'échantillon. La méthode montre du potentiel en tant que dispositif de surveillance en ligne pour les propriétés mécaniques des composites moulés.

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