Jeśli rozumiesz, w jaki sposób produkuje się włókna i tkaniny z włókna węglowego, wiesz, że jest to złożony i energochłonny proces, który wymaga wyrównywania atomów węgla, poddawania ich działaniu wysokiej temperatury, a następnie powlekania ich substancją chemiczną, aby wspomóc przyczepność żywicy. Ale jak te włókna i tkaniny stają się rurami kompozytowymi ?
Łatwo jest spojrzeć na przekrój rury kompozytowej i założyć, że jest to konstrukcja jednoczęściowa. Gotowy produkt z pewnością jest pojedynczym elementem, ale tylko dlatego, że żywica i proces utwardzania wiążą wszystko razem. Ta część rurki nie zaczęła się jako pojedynczy element. Zaczęło się od wielu warstw włókna lub tkaniny, które połączono z żywicą, tworząc gotową rurkę.
Istnieją cztery podstawowe procesy tworzenia rur kompozytowych. To są:
1. OWIJANIE ROLKOWE
Zawijanie rolek jest zazwyczaj wykonywane przy użyciu produktu prepreg, aby zapewnić spójność. Prepreg to produkt złożony składający się z tkaniny lub włókna już zaimpregnowanego żywicą epoksydową, niezbędnego do trzymania wszystkiego razem.
Materiał prepreg jest cięty na warstwy o różnej orientacji włókien. Warstwy te są następnie zwijane na cylindryczny pręt znany jako trzpień. Trzpień i prepreg są następnie owijane folią z tworzywa sztucznego, aby zawierać żywicę epoksydową i kompresować warstwy podczas utwardzania. Po zakończeniu utwardzania trzpień jest usuwany ze środka gotowej rurki.
Owijanie rolek zapewnia maksymalną spójność zarówno w rurach z włókna węglowego, jak i włókna szklanego. Proces zapewnia również większe dostosowanie pod względem konfiguracji włókna / trzpienia i wielkości produkcji. Rolowanie jest preferowanym procesem do produkcji małych serii.
2. OCZYSZCZANIE FILAMENTÓW
Proces nawijania włókien rozpoczyna się od kompozytu z włókna węglowego, włókna szklanego lub hybrydy z włókna węglowego i włókna szklanego. Hol jest załadowany na wiele szpul z tyłu maszyny do nawijania. Z przodu znajduje się długi trzpień, który pełni rolę rury.
Aby utworzyć rurkę, karetka porusza się w górę iw dół długości maszyny, podczas gdy trzpień obraca się. Kable są nakładane na trzpień spiralnym wzorem, jak pasek na lasce cukierka. Kąt spirali można regulować, a także liczbę spirali potrzebnych do wykonania warstwy. Po całkowitym uformowaniu rura jest utwardzana przed oddzieleniem od trzpienia.
Nawijanie włókien jest bardziej zautomatyzowane niż owijanie rolkami, a zatem jest bardziej ekonomicznym sposobem wytwarzania dużych objętości rur kompozytowych w krótkim czasie. Dostosowywanie jest często łatwiejsze dzięki owijaniu rolką, ponieważ włókno i żywica mogą być mieszane i dopasowywane w maszynie do nawijania zamiast podczas procesu wstępnego zgniatania.
3. PULTRUSJA
Proces pultruzji bierze swoją nazwę od połączenia zasad ciągnięcia i wytłaczania. Tam, gdzie wytłaczanie wymusza materiał przez matrycę, pchając go, pultrukcja dokonuje tego samego, ciągnąc materiał przez kość. Pultruded tubing jest tworzony przez ciągnięcie włókna węglowego lub włókna szklanego przez ogrzewaną matrycę, ponieważ jest impregnowany żywicą epoksydową. Materiał jest naciągany na trzpień, który zapewnia jego kształt podczas procesu utwardzania.
Zaletą tego procesu jest to, że wytwarza on ciągłą, jednokierunkową długość rurki, którą można przycinać po utwardzeniu. Ponieważ pultruzja jest wysoce zautomatyzowana, jest to znacznie bardziej opłacalny proces produkcyjny niż zarówno owijanie rolkowe, jak i nawijanie włókien. Pultruzja ułatwia produkcję rur o różnych długościach i grubościach, po prostu zmieniając zarówno trzpień, jak i matrycę.
Wadą pultruzji jest to, że wszystkie włókna są zorientowane wzdłuż osi rury. Posiadanie wszystkich włókien w jednym kierunku oznacza, że rura jest bardzo dobrze naprężona, ale można ją łatwo rozdzielić przy ściskaniu lub skręcaniu. Poszukiwanie zautomatyzowanego procesu, który może wytwarzać zbalansowane lampy, prowadzi nas do przeciągania.
4. PULLBRAIDING
Pullbraiding to rozszerzenie pultruzji. Proces ten jest zasadniczo taki sam jak pultruzja z jedną dodatkową cechą: włókna są splatane razem, gdy są wciągane przez ogrzewaną matrycę i na trzpień. Warstwy o różnych kątach mogą być wykonane przez zmianę oplotu, a nawet mogą być włożone warstwy jednokierunkowe.
Zarówno pultruzja, jak i ciągnienie tworzą produkty gotowe o wysokiej sztywności i stosunku wytrzymałości do masy. Główną zaletą procesu pullbraiding jest to, że tworzy on bardziej zrównoważoną rurę, która działa w szerokim zakresie obciążeń. Dodaje również element estetycznego piękna, ponieważ plecionka jest bardziej zgodna z tradycyjnym wyglądem „włókna węglowego”. A ponieważ proces ten jest wysoce zautomatyzowany, np. Pultruzja, rury ciągnione są często tańsze niż produkty owinięte rolkowo lub nawinięte na włókna.
