Αν καταλαβαίνετε πώς κατασκευάζονται οι ίνες και τα υφάσματα από ανθρακονήματα, γνωρίζετε ότι πρόκειται για μια πολύπλοκη και εντατική ενέργεια που απαιτεί την ευθυγράμμιση των ατόμων άνθρακα, την υποβολή τους σε υψηλή θερμότητα και, στη συνέχεια, την επίστρωσή τους με μια χημική ουσία για να βοηθηθεί η ρητίνη να κολλήσει. Αλλά πώς αυτές οι ίνες και τα υφάσματα γίνονται σύνθετες σωληνώσεις;
Είναι εύκολο να δούμε μια διατομή σύνθετων σωληνώσεων και να υποθέσουμε ότι είναι μονοκόμματη κατασκευή. Το τελικό προϊόν είναι σίγουρα ένα κομμάτι, αλλά αυτό συμβαίνει μόνο επειδή η διαδικασία ρητίνης και σκλήρυνσης συνδέει τα πάντα μαζί. Αυτό το τμήμα της σωλήνωσης δεν ξεκίνησε ως ένα κομμάτι. Ξεκίνησε ως πολλαπλά στρώματα ινών ή υφάσματος που συνδυάστηκαν με ρητίνη για τη δημιουργία του τελικού σωλήνα.
Υπάρχουν τέσσερις βασικές διαδικασίες για τη δημιουργία σύνθετων σωληνώσεων. Αυτά είναι:
1. ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑ ΡΟΛΟΥ
Η περιτύλιξη με ρολό γίνεται συνήθως με ένα προϊόν prepreg για να διασφαλιστεί η συνέπεια. Το prepreg είναι ένα σύνθετο προϊόν που αποτελείται από ύφασμα ή ίνες που έχουν ήδη εμποτιστεί με την εποξειδική ρητίνη που είναι απαραίτητη για τη συγκράτηση όλων.
Το υλικό prepreg κόβεται σε στρώσεις διαφορετικού προσανατολισμού ινών. Αυτά τα στρώματα στη συνέχεια τυλίγονται σε μια κυλινδρική ράβδο γνωστή ως μαντρέλι. Το άξονα και το προπρέγκερ στη συνέχεια τυλίγονται σε ένα πλαστικό φιλμ για να περιέχουν την εποξική ρητίνη και συμπιέζουν τα στρώματα κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης. Μόλις ολοκληρωθεί η σκλήρυνση, ο άξονας αφαιρείται από το κέντρο του τελικού σωλήνα.
Η περιτύλιξη με ρολό έχει ως αποτέλεσμα τη μέγιστη συνοχή τόσο σε σωλήνες από ανθρακονήματα όσο και από υαλοβάμβακα. Η διαδικασία παρέχει επίσης περισσότερη προσαρμογή όσον αφορά τόσο τη διαμόρφωση ινών / μαντρελιού όσο και τις ποσότητες παραγωγής. Η περιτύλιξη με ρολό είναι η προτιμώμενη διαδικασία για την παραγωγή μικρών διαδρομών.
2. ΚΙΝΗΜΑΤΟΓΡΑΦΟΣ
Η διαδικασία περιέλιξης νήματος ξεκινά με ένα σύνθετο ρυμουλκό είτε από ίνες άνθρακα, υαλοβάμβακα, είτε από υβρίδιο από ίνες άνθρακα-υαλοβάμβακα. Το ρυμουλκό είναι φορτωμένο σε πολλά καρούλια στο πίσω μέρος της μηχανής περιέλιξης. Στο μπροστινό μέρος υπάρχει ένας μακρύς άξονας που λειτουργεί ως η μορφή για τη σωλήνωση.
Για να δημιουργήσετε τη σωλήνωση, ένα φορείο κινείται πάνω και κάτω στο μήκος του μηχανήματος ενώ ο άξονας περιστρέφεται. Τα ρυμουλκά εφαρμόζονται στο άξονα σε σπειροειδές μοτίβο όπως η λωρίδα σε ένα ζαχαροκάλαμο. Η γωνία της σπείρας μπορεί να ρυθμιστεί, καθώς και πόσες σπείρες χρειάζονται για να δημιουργηθεί ένα στρώμα. Μόλις σχηματιστεί πλήρως, ο σωλήνας σκληρύνεται πριν διαχωριστεί από τον άξονα.
Η περιέλιξη νημάτων είναι πιο αυτοματοποιημένη από την περιτύλιξη με ρολό, και συνεπώς ένας πιο οικονομικός τρόπος παραγωγής μεγάλων όγκων σύνθετων σωληνώσεων σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η προσαρμογή είναι συχνά ευκολότερη με περιτύλιξη ρολού, καθώς η ίνα και η ρητίνη μπορούν να αναμιχθούν και να ταιριάζουν με τη μηχανή περιέλιξης αντί κατά τη διαδικασία προετοιμασίας.
3. ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ
Η διαδικασία pultrusion παίρνει το όνομά της από τον συνδυασμό αρχών έλξης και εξώθησης. Όπου η εξώθηση ωθεί το υλικό μέσω ενός καλουπιού πιέζοντάς το, η εξώθηση επιτυγχάνει το ίδιο πράγμα τραβώντας το υλικό μέσω του καλουπιού. Η σωλήνωση με πολυστρωματικό σωλήνα δημιουργείται τραβώντας ίνες άνθρακα ή υαλοβάμβακα μέσω θερμαινόμενης μήτρας καθώς εμποτίζεται με εποξική ρητίνη. Το υλικό τραβιέται πάνω από έναν άξονα που εξασφαλίζει ότι διατηρεί το σχήμα του κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σκλήρυνσης.
Το πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι ότι παράγει ένα συνεχές, μονόδρομο μήκος σωλήνωσης που μπορεί να κοπεί σε μέγεθος μετά τη σκλήρυνση. Δεδομένου ότι το pultrusion είναι πολύ αυτοματοποιημένο, είναι μια πολύ πιο αποδοτική διαδικασία παραγωγής από ό, τι η περιτύλιξη ρολού ή η περιέλιξη νημάτων. Το Pultrusion διευκολύνει την παραγωγή σωληνώσεων σε διάφορα μήκη και πάχη απλά αλλάζοντας τόσο το μαντρέλι όσο και τη μήτρα.
Το μειονέκτημα της πλύσης είναι ότι όλες οι ίνες είναι προσανατολισμένες κατά μήκος του άξονα του σωλήνα. Έχοντας όλες τις ίνες σε μία κατεύθυνση σημαίνει ότι ο σωλήνας είναι πολύ καλός σε ένταση αλλά μπορεί εύκολα να χωριστεί σε συμπίεση ή στρέψη. Η αναζήτηση μιας αυτοματοποιημένης διαδικασίας που μπορεί να παράγει ισορροπημένους σωλήνες μας φέρνει στο πλέξιμο.
4. ΠΟΛΥΒΡΕΤΙΣΜΟΣ
Το Pullbraiding είναι μια επέκταση της πλυσίματος Αυτή η διαδικασία είναι ουσιαστικά η ίδια με την προσβολή με ένα πρόσθετο χαρακτηριστικό: οι ίνες πλέκονται μεταξύ τους καθώς τραβιούνται μέσω της θερμαινόμενης μήτρας και στον άξονα. Μπορούν να κατασκευαστούν στρώματα διαφορετικών γωνιών μεταβάλλοντας την πλεξούδα, και ακόμη και μονόκαρπες στρώσεις μπορούν να εισαχθούν.
Τόσο η πλύση όσο και το πλέξιμο δημιουργούν τελικά προϊόντα με υψηλές αναλογίες σκληρότητας και αντοχής προς βάρος. Αλλά το βασικό πλεονέκτημα της διαδικασίας πλέξης είναι ότι δημιουργεί έναν πιο ισορροπημένο σωλήνα που αποδίδει κάτω από ένα ευρύ φάσμα φορτίων. Προσθέτει επίσης ένα στοιχείο αισθητικής ομορφιάς, καθώς η πλεξούδα είναι πιο σύμφωνη με την παραδοσιακή εμφάνιση «ανθρακονημάτων». Και δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία είναι πολύ αυτοματοποιημένη όπως η πλίνθωση, οι πλεγμένοι σωλήνες είναι συχνά λιγότερο ακριβοί από τα προϊόντα που τυλίγονται σε ρολό ή νήματα.
