Wenn Sie verstehen, wie Kohlefaserkabel und -gewebe hergestellt werden, wissen Sie, dass es sich um einen komplexen und energieintensiven Prozess handelt, bei dem Kohlenstoffatome ausgerichtet, hoher Hitze ausgesetzt und anschließend mit einer Chemikalie beschichtet werden müssen, um das Anhaften des Harzes zu unterstützen. Aber wie werden diese Fasern und Stoffe zu Verbundrohren?
Es ist einfach, einen Querschnitt von Verbundrohren zu betrachten und anzunehmen, dass es sich um eine einteilige Konstruktion handelt. Das fertige Produkt ist sicherlich ein Einzelstück, aber das liegt nur daran, dass der Harz- und Härtungsprozess alles miteinander verbindet. Dieser Schlauchabschnitt begann nicht als ein Stück. Es begann als mehrere Schichten von Fasern oder Stoffen, die mit Harz kombiniert wurden, um das fertige Rohr herzustellen.
Es gibt vier Hauptverfahren zum Erstellen von Verbundrohren. Diese sind:
1. ROLL WRAPPING
Das Wickeln der Rollen erfolgt normalerweise mit einem Prepreg-Produkt, um die Konsistenz sicherzustellen. Ein Prepreg ist ein Verbundprodukt, das aus einem Stoff oder einer Faser besteht, die bereits mit dem Epoxidharz imprägniert sind, das erforderlich ist, um alles zusammenzuhalten.
Das Prepreg-Material wird in Schichten unterschiedlicher Faserorientierung geschnitten. Diese Schichten werden dann auf einen zylindrischen Stab gerollt, der als Dorn bekannt ist. Der Dorn und das Prepreg werden dann in eine Kunststofffolie eingewickelt, um das Epoxidharz aufzunehmen und die Schichten während des Aushärtens zu komprimieren. Sobald die Aushärtung abgeschlossen ist, wird der Dorn aus der Mitte des fertigen Rohrs entfernt.
Das Wickeln von Rollen führt zu maximaler Konsistenz sowohl bei Kohlefaser- als auch bei Glasfaserschläuchen. Das Verfahren bietet auch mehr Anpassungsmöglichkeiten sowohl hinsichtlich der Faser- / Dornkonfiguration als auch der Produktionsmengen. Das Rollenwickeln ist das bevorzugte Verfahren zur Herstellung kleiner Auflagen.
2. FILAMENTWICKLUNG
Der Filamentwickelprozess beginnt mit einem Verbundkabel aus Kohlefaser, Glasfaser oder einem Kohlefaser-Glasfaser-Hybrid. Der Schlepptau wird auf mehrere Spulen auf der Rückseite der Wickelmaschine geladen. An der Vorderseite befindet sich ein langer Dorn, der als Form für den Schlauch dient.
Um den Schlauch herzustellen, fährt ein Schlitten die Länge der Maschine auf und ab, während sich der Dorn dreht. Die Kabel werden spiralförmig wie der Streifen auf einer Zuckerstange auf den Dorn aufgebracht. Der Winkel der Spirale kann ebenso eingestellt werden wie die Anzahl der Spiralen, die zum Erstellen einer Schicht benötigt werden. Sobald das Rohr vollständig geformt ist, wird es ausgehärtet, bevor es vom Dorn getrennt wird.
Das Wickeln von Filamenten ist automatisierter als das Wickeln von Rollen und daher eine kostengünstigere Möglichkeit, große Mengen von Verbundrohren in kurzer Zeit herzustellen. Die Anpassung ist beim Rollenwickeln oft einfacher, da die Faser und das Harz an der Wickelmaschine anstatt während des Vorregulierungsprozesses gemischt und aufeinander abgestimmt werden können.
3. PULTRUSION
Der Pultrusionsprozess hat seinen Namen von seiner Kombination aus Zieh- und Extrusionsprinzipien. Wenn die Extrusion Material durch Drücken durch eine Düse drückt, erreicht die Pultrusion dasselbe, indem sie das Material durch die Düse zieht. Pultrudierte Schläuche werden hergestellt, indem Kohlefaser oder Glasfaserkabel durch eine erhitzte Düse gezogen werden, während es mit Epoxidharz imprägniert wird. Das Material wird über einen Dorn gezogen, der sicherstellt, dass es während des Aushärtungsprozesses seine Form behält.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass eine kontinuierliche, unidirektionale Schlauchlänge erzeugt wird, die nach dem Aushärten zugeschnitten werden kann. Da die Pultrusion hochautomatisiert ist, ist sie ein viel kostengünstigerer Produktionsprozess als das Wickeln von Rollen oder das Wickeln von Filamenten. Pultrusion macht es einfach, Schläuche in verschiedenen Längen und Dicken herzustellen, indem sowohl Dorn als auch Matrize ausgetauscht werden.
Der Nachteil der Pultrusion besteht darin, dass alle Fasern entlang der Rohrachse ausgerichtet sind. Wenn alle Fasern in einer Richtung sind, hat das Rohr eine sehr gute Spannung, kann sich jedoch leicht in Kompression oder Torsion spalten. Die Suche nach einem automatisierten Prozess, der ausgewogene Röhren produzieren kann, bringt uns zum Pullbraiding.
4. PULLBRAIDING
Pullbraiding ist eine Erweiterung der Pultrusion. Dieser Vorgang ist im Wesentlichen der gleiche wie die Pultrusion mit einem zusätzlichen Merkmal: Die Fasern werden zusammen geflochten, wenn sie durch die erhitzte Düse auf den Dorn gezogen werden. Durch Variieren des Geflechts können Schichten mit unterschiedlichen Winkeln hergestellt und sogar unidirektionale Schichten eingefügt werden.
Sowohl Pultrusion als auch Pullbraiding erzeugen fertige Produkte mit hoher Steifigkeit und einem Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Der Hauptvorteil des Pullbraiding-Prozesses besteht jedoch darin, dass ein ausgeglicheneres Rohr entsteht, das unter einem weiten Lastbereich funktioniert. Es fügt auch ein Element von ästhetischer Schönheit hinzu, da das Geflecht eher dem traditionellen „Kohlefaser“ -Look entspricht. Und da dieser Prozess wie die Pultrusion hochautomatisiert ist, sind Pullbraided-Rohre oft günstiger als rollverpackte oder filamentgewickelte Produkte.
