Намотка волокна
Пропитанное смолой волокно наматывается на вращающуюся оправку
Намотка волокна обматывает пропитанное смолой волокно вокруг вращающегося сердечника — оправки — слой за слоем, как нитку на катушку. Подвижная каретка направляет волокно так, чтобы оно ложилось под точным углом. Так делают трубы, газовые баллоны, водородные баки и корпуса ракетных двигателей.
Как это работает
Подать волокно. Ровинги (нескрученные пучки непрерывного волокна) сматываются с бобин и проходят через натяжители, которые держат их равномерно натянутыми.
Смочить смолой. Волокно проходит по барабану, вращающемуся в ванне со смолой. Либо наматывают тоупрег (волокно, уже пропитанное смолой, как тонкая лента препрега) без доп. смачивания.
Направить на вращающуюся оправку. Каретка с раскладчиком (направляющей, из которой выходит волокно) ходит туда-обратно, пока оправка вращается. Компьютер связывает эти два движения.
Нарастить слои. Скорость каретки относительно вращения задаёт угол волокна: около 90° для кольцевых слоёв, заданный угол для спиральных, около 0° для полярных слоёв над торцами. Слои накладывают, пока стенка не станет достаточно толстой.
Отвердить, затем снять оправку. Деталь отверждается (смола затвердевает), часто в печи, продолжая вращаться. Затем оправку вытягивают либо она остаётся внутри как лейнер, как в большинстве баллонов высокого давления.
Ключевые факты
- Материалы
- Стекловолокно (самое распространённое), углеродное или арамидное (прочное синтетическое волокно); эпоксидная, полиэфирная или винилэфирная смола
- Типичные детали
- Трубы, сосуды под давлением, газовые и водородные баки, приводные валы, опоры, корпуса ракетных двигателей
- Размер детали
- От трубок в несколько сантиметров в поперечнике до баков и труб диаметром в несколько метров
- Точность
- Внутренняя поверхность так же точна, как оправка; угол волокна и толщина стенки контролируются слой за слоем
- Качество поверхности
- Внутри гладкая; снаружи рифлёная полосами волокна, если не отшлифована, не обёрнута и не покрыта
- Подходящая партия
- От единичных больших баков до десятков тысяч баллонов в год на многошпиндельных машинах
- Стоимость оснастки и оборудования
- Оправки от сотен до сотен тысяч долларов; машины от десятков тысяч до миллионов
- Скорость
- Минуты для небольшой трубки; часы для большого бака, плюс время отверждения
Сильные стороны и ограничения
Сильные стороны
- Волокна остаются непрерывными и укладываются под точными углами: очень высокая прочность при малом весе
- Идеально для деталей под внутренним давлением, таких как баки и трубы
- Высокая автоматизация и повторяемость
- Мало отходов материала
Ограничения
- Только формы, которые можно вращать: трубки, цилиндры, купола и почти круглые тела
- Вогнутые формы трудны, потому что волокно перекрывает впадины
- Наружная поверхность шероховатая, если её не доработать
- Оправку нужно извлечь, если она не остаётся как лейнер
Где применяется
- Энергетика и газБаки для водорода и природного газа на транспорте, баллоны для сжиженного газа
- Химия и водоснабжениеНекорродирующие трубы и резервуары
- Авиация и оборонная отрасльКорпуса ракетных двигателей, пусковые трубы, баллоны высокого давления
- Автомобилестроение и промышленностьУглеродные приводные валы, ролики, гидравлические цилиндры
- Спорт и досугРукояти клюшек для гольфа, детали велосипедов, баллоны для подводного плавания и пейнтбола
Как узнать процесс
- Ромбовидный перекрёстный узор полос волокна снаружи, иногда виден сквозь прозрачную смолу.
- Круглые или капсулообразные формы с куполообразными торцами и небольшим отверстием на одном или обоих полюсах.
- Гладкая точная внутренняя поверхность и слегка рифлёная наружная.
Сравните с
Смотрите
Rock West Composites · Как волокно смачивают и наматывают на вращающуюся оправку
Vashishtha Research · Мокрая намотка рядом с сухой на небольшой машине
Composites Central · Большой бак из стекловолокна, намотанный на заводе
MIKROSAM · Автоматизированная линия, наматывающая и отверждающая газовые баллоны
Смотреть реальные фото
- Википедия: намотка волокна — процесс, схемы намотки и изделия
- Поиск фотографий в Wikimedia Commons
Запомните
- Пропитанное смолой волокно наматывается вокруг вращающейся оправки подвижной кареткой.
- Отношение скорости каретки к вращению задаёт угол волокна.
- Это основной процесс для прочных лёгких труб и баллонов под давлением.
Ещё в главе «Композиты»
Все 100 процессов
10.1Выкладка и автоклавное отверждениеСлои препрега, уложенные на форму, упакованные в вакуумный мешок и отверждённые под действием тепла и давленияОткрыть урок
10.2Трансферное формование смолы и инфузияСухое волокно в форме; жидкую смолу подают под давлением (RTM) или втягивают вакуумом (инфузия)Открыть урок
10.3ПултрузияВолокна, протягиваемые сквозь смолу и нагретую фильеру, без остановкиОткрыть урокПопробуйте
Пусть ИИ работает в вашей САПР.
Моделируйте детали, создавайте чертежи и автоматизируйте рутину в вашей CAD-системе.