So stellen Sie ein aufgerolltes Kohlefaserrohr her

Beim Rollenwickelprozess wird Prepreg-Kohlenstofffaser um einen Metalldorn gewickelt. Der Ausgangspunkt besteht also darin, einen Metalldorn mit dem richtigen Durchmesser für die Rohrgröße zu haben, die Sie herstellen möchten. Da die Kohlefaser um die Außenseite des Dorns gewickelt wird, muss der Dorn selbst einen Außendurchmesser haben, der dem Innendurchmesser des Kohlefaserrohrs entspricht, aus dem Sie ihn herstellen möchten. Der Außendurchmesser Ihres Kohlefaserrohrs wird durch die Stärke der Verstärkung (die Anzahl der Schichten) bestimmt, die Sie um den Dorn wickeln.

Im Video verwenden wir einen Aluminiumdorn, da sich Aluminium aufgrund seines hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) gut für den Rollenverpackungsprozess eignet. Stahl oder andere Metalle können verwendet werden, aber Metalle mit einem höheren WAK erleichtern den Prozess.

Wenn Sie ein konisches Kohlefaserrohr herstellen möchten, müssen Sie höchstwahrscheinlich eine Drehmaschine verwenden, um einen massiven Aluminiumstab abzudrehen, um einen konischen Dorn herzustellen.

Sobald Sie einen Dorn mit der richtigen Größe haben, stellen Sie sicher, dass er vollständig sauber und so glatt wie möglich ist, um das Herausziehen zu erleichtern. Anschließend sollte der Dorn gründlich mit hoher Temperatur vorbereitet werden chemisches Trennmittel, wie zum Beispiel Easy-Lease.

Obwohl es theoretisch möglich sein könnte, alternative Arten von Verstärkungen zu verwenden, wie beispielsweise ein trockenes, mit Epoxidharz benetztes Gewebe, bietet in der Praxis nur Prepreg-Kohlenstofffaser die Präzision und einfache Handhabung, die für den Rollenwickelprozess erforderlich sind.

Im Tutorial verwenden wir eine Schicht XPREG® XC110 210g gewebtes Prepreg auf der Innenseite der Röhre, gefolgt von mehreren Schichten XC130 300g unidirektionales Prepreg, abgeschlossen mit einer letzten Schicht des gewebten XC110 210g-Prepregs wiederum auf der Außenseite des Schlauchs. Da das gewebte Prepreg über Fasern verfügt, die in der 0°-Achse (entlang der Länge des Rohrs) und in der 90°-Achse (um den Umfang des Rohrs herum) ausgerichtet sind, fügen diese Schichten das sogenannte hinzu Reifenstärke an der Röhre, wodurch die Röhre weniger anfällig für Quetsch-, Berst- und Splitterkräfte ist. Der Großteil der Verstärkung in der 0°-Achse verleiht dem Rohr seine Längssteifigkeit.

Durch die Änderung des Aufbaus, um mehr oder weniger gewebte Schichten einzubeziehen, oder durch die Änderung oder Abwechslung der Ausrichtung der unidirektionalen Lagen kann die Leistung des Schlauchs genau für seinen spezifischen Einsatz optimiert werden. Beispielsweise wird ein Rohr für eine Propellerwelle hauptsächlich Torsionskräften ausgesetzt sein, daher kann die unidirektionale Faser außeraxial ausgerichtet werden, beispielsweise um 45°, um speziell diese Kräfte zu bewältigen.

Sobald die Prepreg-Kohlenstofffaserverstärkung so fest wie möglich um den Dorn gewickelt wurde, wird die Verstärkung anschließend fest mit einem umwickelt Verbundwerkstoff-Schrumpfband für eine weitere Konsolidierung sorgen.

Beim Anbringen des Schrumpfbandes ist auf eine große Überlappung zu achten. Jeder Bandwickel bewegt sich nur wenige Millimeter durch das Rohr. Obwohl es zeitaufwändig ist, dies von Hand zu tun, sorgt eine große Überlappung auf diese Weise für einen viel größeren Konsolidierungsdruck, wenn sich das Band während der Aushärtung zusammenzieht.

Neben dem Dorn dürfte ein Ofen zum Aushärten des Schlauchs der wichtigste limitierende Faktor sein, wenn man den Rollenwickelprozess außerhalb einer vollständigen Produktionsumgebung in Betracht zieht. Im Gegensatz zu anderen Prepreg-Verfahren erfordert der Rollenwickelprozess jedoch keine präzise Temperaturkontrolle oder die oft erforderlichen mehrstufigen „Ramp-and-Soak“-Härtungszyklen. Für den Prozess ist auch keine aktive Vakuumleitung in den Ofen erforderlich. Daher sind die einzigen Anforderungen an einen Ofen zum Aushärten von rollenumwickelten Rohren eine grundlegende Temperaturkontrolle und eine ausreichende Größe, um das Rohr hineinzupassen. Abhängig von der Größe des Rohrs, das Sie herstellen möchten, ist alles möglich, vom Haushaltsofen bis zum Pulverbeschichtungsofen genutzt werden könnte.

Im Video-Tutorial verwenden wir unsere OV301 Präzisions-Aushärtungsofen für Verbundwerkstoffe. Das XPREG XC110-Prepreg wird bei 120 °C und flacher Temperatur in den Ofen geladen und 1 Stunde und 30 Minuten lang aushärten gelassen.