Pelajaran 10.4MembentukBab 10 · Komposit

Filament winding

Serat basah resin dililitkan pada mandrel berputar

Filament winding melilitkan serat basah resin di sekeliling inti berputar yang disebut mandrel, lapis demi lapis, seperti benang pada gulungan. Kereta yang bergerak memandu serat agar mendarat pada sudut yang tepat. Pipa, tabung gas, tangki hidrogen, dan casing motor roket dibuat dengan cara ini.

Foto: Gdipasquale1, CC BY-SA 4.0, melalui Wikimedia Commons

Mesin filament winding, tampak samping, dengan tiga pola lilitan dan proses cureAngka dalam lingkaran sesuai dengan langkah-langkah di bawah. Baris bawah menunjukkan tiga pola lilitan dasar dan cure akhir.

Cara kerjanya

Umpankan serat. Roving (ikatan serat kontinu tanpa pilinan) terurai dari gulungan dan melewati tensioner, yang menjaganya tetap kencang secara merata.
Basahi dengan resin. Serat berjalan di atas drum yang berputar dalam bak resin. Atau, towpreg (serat yang sudah direndam resin, seperti pita prepreg tipis) dililitkan kering.
Pandu ke mandrel yang berputar. Kereta dengan delivery eye (pemandu tempat serat keluar) bergerak bolak-balik sementara mandrel berputar. Komputer menghubungkan kedua gerakan itu.
Bangun lapisan-lapisan. Kecepatan kereta dibandingkan putaran menentukan sudut serat: mendekati 90° untuk lapisan hoop, sudut tertentu untuk lapisan helikal, mendekati 0° untuk lapisan polar di atas ujung. Lapisan ditumpuk hingga dinding cukup tebal.
Cure, lalu lepaskan mandrel. Komponen di-cure (resin mengeras), sering di oven sambil tetap berputar. Mandrel kemudian ditarik keluar, atau tetap di dalam sebagai liner, seperti pada kebanyakan tangki tekan.

Fakta kunci

Material: Serat kaca (paling umum), karbon atau aramid (serat sintetis yang tangguh); resin epoksi, poliester, atau vinil ester
Komponen khas: Pipa, bejana tekan, tangki gas dan hidrogen, poros penggerak, tiang, casing motor roket
Ukuran komponen: Dari tabung selebar beberapa sentimeter hingga tangki dan pipa berdiameter beberapa meter
Presisi: Permukaan dalam seakurat mandrel; sudut serat dan ketebalan dinding dikendalikan lapis demi lapis
Hasil permukaan: Bagian dalam halus; bagian luar beralur oleh pita serat kecuali diamplas, dibungkus, atau dilapisi
Ukuran batch yang cocok: Tangki besar satuan hingga puluhan ribu silinder per tahun pada mesin multi-spindel
Biaya perkakas dan mesin: Mandrel dari ratusan hingga ratusan ribu dolar; mesin dari puluhan ribu hingga jutaan dolar
Kecepatan: Menit untuk tabung kecil; jam untuk tangki besar, plus waktu cure

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Serat tetap kontinu dan ditempatkan pada sudut yang tepat: kekuatan sangat tinggi untuk beratnya
Ideal untuk komponen di bawah tekanan internal, seperti tangki dan pipa
Sangat otomatis dan berulang
Limbah material rendah

Batasan

Hanya bentuk yang bisa berputar: tabung, silinder, kubah, dan badan hampir bulat
Bentuk cekung sulit, karena serat menjembatani rongga
Permukaan luar kasar kecuali diselesaikan
Mandrel harus dikeluarkan, kecuali tetap sebagai liner

Di mana dipakai

Energi dan gasTangki hidrogen dan gas alam untuk kendaraan, tabung LPG
Kimia dan airPipa dan tangki penyimpanan antikorosi
Dirgantara dan pertahananCasing motor roket, tabung peluncur, botol tekan
Otomotif dan industriPoros penggerak karbon, rol, silinder hidrolik
Olahraga dan rekreasiShaft tongkat golf, komponen sepeda, tangki udara selam dan paintball

Cara mengenalinya

Pola berlian silang dari pita serat di bagian luar, kadang terlihat di bawah resin bening.
Bentuk bulat atau kapsul dengan ujung berkubah dan bukaan kecil di satu atau kedua kutub.
Permukaan dalam yang halus dan tepat serta bagian luar yang sedikit beralur.