Bài 10.4Tạo hình ban đầuChương 10 · Vật liệu composite

Quấn sợi

Sợi tẩm ướt nhựa được quấn lên lõi quay

Quấn sợi cuốn sợi tẩm nhựa quanh lõi quay gọi là mandrel, hết lớp này đến lớp khác, như chỉ trên ống chỉ. Một xe dẫn di chuyển hướng dẫn sợi để nó rơi đúng góc. Ống, bình khí, bình hydro và vỏ động cơ tên lửa được làm như vậy.

Ảnh: Gdipasquale1, CC BY-SA 4.0, qua Wikimedia Commons

Máy quấn sợi, hình chiếu cạnh, với ba kiểu quấn và việc lưu hóaCác số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới. Hàng dưới cho thấy ba kiểu quấn cơ bản và lưu hóa cuối cùng.

Cách hoạt động

Cấp sợi. Các bó sợi (roving: bó sợi liên tục không xoắn) được tháo từ ống và đi qua bộ căng, giữ chúng căng đều.
Tẩm ướt bằng nhựa. Sợi chạy qua trống quay trong bể nhựa. Hoặc, towpreg (sợi đã tẩm sẵn nhựa, như băng prepreg mỏng) được quấn khô.
Dẫn lên lõi đang quay. Một xe có mắt dẫn (bộ dẫn mà sợi đi ra từ đó) di chuyển qua lại trong khi lõi quay. Máy tính liên kết hai chuyển động.
Xây dựng các lớp. Tốc độ xe so với tốc độ quay quyết định góc sợi: gần 90° cho lớp vòng, một góc định sẵn cho lớp xoắn ốc, gần 0° cho lớp cực trên các đầu. Các lớp được chồng lên cho đến khi thành đủ dày.
Lưu hóa, rồi rút lõi. Chi tiết được lưu hóa (nhựa cứng lại), thường trong lò khi vẫn đang quay. Sau đó lõi được rút ra, hoặc nằm lại bên trong làm lớp lót, như trong hầu hết bình chịu áp.

Thông số chính

Vật liệu: Sợi thủy tinh (phổ biến nhất), sợi cacbon hoặc aramid (sợi tổng hợp dai); nhựa epoxy, polyester hoặc vinyl ester
Chi tiết thường gặp: Ống, bình chịu áp, bình khí và hydro, trục truyền động, cột, vỏ động cơ tên lửa
Kích thước chi tiết: Từ ống rộng vài centimet đến bồn và ống đường kính vài mét
Độ chính xác: Mặt trong chính xác như lõi; góc sợi và độ dày thành được kiểm soát từng lớp
Bề mặt hoàn thiện: Bên trong nhẵn; bên ngoài có gờ do các dải sợi, trừ khi chà nhám, bọc hoặc phủ
Số lượng phù hợp: Từ bồn lớn đơn chiếc đến hàng chục nghìn bình mỗi năm trên máy nhiều trục
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Lõi từ hàng trăm đến hàng trăm nghìn đô la; máy từ hàng chục nghìn đến hàng triệu
Tốc độ: Vài phút cho ống nhỏ; vài giờ cho bồn lớn, cộng thời gian lưu hóa

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Sợi liên tục và được đặt đúng góc: độ bền rất cao so với trọng lượng
Lý tưởng cho chi tiết chịu áp suất bên trong, như bồn và ống
Tự động hóa cao và lặp lại tốt
Ít lãng phí vật liệu

Hạn chế

Chỉ các hình quay được: ống, hình trụ, vòm và thân gần tròn
Hình lõm khó làm, vì sợi bắc cầu qua chỗ lõm
Bề mặt ngoài thô trừ khi được hoàn thiện
Lõi phải rút ra, trừ khi nó ở lại làm lớp lót

Ứng dụng

Năng lượng và khíBình hydro và khí thiên nhiên cho xe, bình LPG
Hóa chất và nướcỐng và bồn chứa chống ăn mòn
Hàng không vũ trụ và quốc phòngVỏ động cơ tên lửa, ống phóng, bình áp suất
Ô tô và công nghiệpTrục truyền động cacbon, con lăn, xi lanh thủy lực
Thể thao và giải tríCán gậy golf, chi tiết xe đạp, bình khí lặn và paintball

Cách nhận biết

Hoa văn kim cương đan chéo của các dải sợi ở bên ngoài, đôi khi thấy được qua lớp nhựa trong.
Hình tròn hoặc hình viên nang với đầu vòm và một miệng nhỏ ở một hoặc cả hai cực.
Mặt trong nhẵn, chính xác và mặt ngoài hơi có gờ.