كيفية صنع أنبوب من ألياف الكربون ملفوف باللفة

تتضمن عملية لف اللفة لف ألياف الكربون مسبقة التجهيز حول شياق معدني وبالتالي فإن نقطة البداية هي الحصول على شياق معدني بالقطر الصحيح للأنبوب ذي الحجم الذي تريد إنشاءه. نظرًا لأنه سيتم لف ألياف الكربون حول الجزء الخارجي من الشياق، فيجب أن يكون للشياق نفسه قطر خارجي يطابق القطر الداخلي لأنبوب ألياف الكربون الذي ستستخدمه في تصنيعه. سيتم تحديد القطر الخارجي لأنبوب ألياف الكربون الخاص بك من خلال مقدار التعزيز (عدد الطبقات) الذي تلتف حول الشياق.

نستخدم في الفيديو شياقًا من الألومنيوم لأن معامل التمدد الحراري العالي (CTE) للألمنيوم يجعله مناسبًا تمامًا لعملية تغليف اللف. يمكن استخدام الفولاذ أو المعادن الأخرى ولكن المعادن ذات CTE الأعلى ستجعل العملية أسهل.

إذا كنت ترغب في إنتاج أنبوب من ألياف الكربون مدبب، فسوف تحتاج على الأرجح إلى استخدام مخرطة لخفض قضيب ألومنيوم صلب لإنشاء شياق مدبب.

بمجرد حصولك على شياق بالحجم الصحيح، تأكد من أنه نظيف تمامًا وسلس قدر الإمكان للمساعدة في الاستخراج. يجب بعد ذلك تحضير الشياق جيدًا بدرجة حرارة عالية عامل الافراج الكيميائي، مثل إيزي ليس.

على الرغم من أنه قد يكون من الممكن من الناحية النظرية استخدام أنواع بديلة من التعزيزات، مثل القماش الجاف المبلل براتنج الإيبوكسي، إلا أنه من الناحية العملية فقط ألياف الكربون المجهزة مسبقًا توفر الدقة وسهولة التعامل المطلوبة لعملية تغليف اللفة.

في البرنامج التعليمي نستخدم طبقة من XPREG® XC110 210 جم منسوج مسبقًا في داخل الأنبوب، تليها عدة طبقات من XC130 300 جرام التقوية أحادية الاتجاه، تم الانتهاء منه بطبقة نهائية من القماش المسبق المنسوج XC110 210g مرة أخرى على الجزء الخارجي من الأنبوب. نظرًا لأن التقوية المنسوجة تحتوي على ألياف موجهة في المحور 0 درجة (أسفل طول الأنبوب) وفي المحور 90 درجة (حول محيط الأنبوب) تضيف هذه الطبقات ما يعرف باسم قوة هوب إلى الأنبوب، مما يجعل الأنبوب أقل عرضة لقوى السحق أو الانفجار والتشقق. الجزء الأكبر من التسليح، في المحور 0 درجة، يعطي الأنبوب صلابته الطولية.

من خلال تغيير رمية الكرة لتشمل طبقات منسوجة أكثر أو أقل أو عن طريق تغيير أو تبديل اتجاه الطبقات أحادية الاتجاه، يسمح بتحسين أداء الأنبوب بدقة لاستخدامه المحدد. على سبيل المثال، سيواجه أنبوب عمود الدعامة في المقام الأول قوى الالتواء وبالتالي يمكن محاذاة الألياف أحادية الاتجاه خارج المحور، عند 45 درجة على سبيل المثال، خصيصًا للتعامل مع هذه القوى.

بمجرد أن يتم لف تقوية ألياف الكربون مسبقة التقوية حول الشياق بإحكام قدر الإمكان، يتم بعد ذلك لف التعزيز بإحكام باستخدام ملف المواد المركبة يتقلص الشريط لتوفير مزيد من التوحيد.

عند تطبيق الشريط المتقلص، من المهم التأكد من وجود الكثير من التداخل. كل لفة من الشريط تتقدم بضعة ملليمترات فقط أسفل الأنبوب. على الرغم من أن القيام بذلك يدويًا يستغرق وقتًا طويلاً، إلا أن وجود الكثير من التداخل بهذه الطريقة سيوفر المزيد من ضغط الدمج عندما ينكمش الشريط أثناء المعالجة.

إلى جانب الشياق، من المحتمل أن يكون وجود فرن لمعالجة الأنبوب هو العامل المحدد الرئيسي عند النظر في عملية تغليف اللفة خارج بيئة الإنتاج الكاملة. ومع ذلك، على عكس عمليات التقوية المسبقة الأخرى، فإن عملية تغليف اللفة لا تتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة أو دورات المعالجة متعددة الخطوات "المنحدرة والنقع" التي غالبًا ما تكون مطلوبة. كما أن العملية لا تتطلب وجود خط فراغ نشط في الفرن. ولذلك، فإن المتطلبات الوحيدة للفرن لمعالجة الأنابيب الملفوفة هي التحكم الأساسي في درجة الحرارة والحجم الكافي لتناسب الأنبوب. اعتمادًا على حجم الأنبوب الذي تريد صنعه، أي شيء بدءًا من الفرن المنزلي إلى فرن طلاء المسحوق يمكن استخدامها.

في الفيديو التعليمي، نحن نستخدم لدينا فرن معالجة المركبات الدقيقة OV301. يتم تحميل مادة التقوية XPREG XC110 في الفرن على درجة حرارة 120 درجة مئوية، ودرجة حرارة ثابتة، ويُسمح لها بالشفاء لمدة ساعة و30 دقيقة.