Cómo hacer un tubo de fibra de carbono envuelto en rollo

El proceso de envoltura en rollo implica envolver fibra de carbono preimpregnada alrededor de un mandril de metal, por lo que el punto de partida es tener un mandril de metal del diámetro correcto para el tamaño de tubo que desea crear. Debido a que la fibra de carbono se enrollará alrededor del exterior del mandril, el mandril en sí debe tener un diámetro exterior que coincida con el diámetro interior del tubo de fibra de carbono que utilizará para fabricar. El diámetro exterior de su tubo de fibra de carbono estará determinado por la cantidad de refuerzo (la cantidad de capas) que envuelva alrededor del mandril.

En el vídeo utilizamos un mandril de aluminio porque el alto coeficiente de expansión térmica (CTE) del aluminio lo hace muy adecuado para el proceso de envoltura en rollo. Se puede utilizar acero u otros metales, pero los metales con un CTE más alto facilitarán el proceso.

Si desea producir un tubo de fibra de carbono cónico, lo más probable es que necesite utilizar un torno para girar una varilla de aluminio sólida y crear un mandril cónico.

Una vez que tenga un mandril del tamaño correcto, asegúrese de que esté completamente limpio y lo más liso posible para ayudar con la extracción. Luego, el mandril debe prepararse minuciosamente con una temperatura alta. agente de liberación químico, como Easy-Lease.

Aunque en teoría puede ser posible utilizar tipos alternativos de refuerzos, como un tejido seco humedecido con una resina epoxi, en la práctica sólo la fibra de carbono preimpregnada ofrece la precisión y facilidad de manejo requeridas para el proceso de envoltura en rollo.

En el tutorial utilizamos una capa de XPREG® Preimpregnado tejido XC110 de 210 g en el interior del tubo, seguido de varias capas de Preimpregnado unidireccional XC130 300g, terminado con una capa final de preimpregnado tejido XC110 de 210 g nuevamente en el exterior del tubo. Debido a que el tejido preimpregnado tiene fibras orientadas en el eje de 0° (a lo largo del tubo) y en el eje de 90° (alrededor de la circunferencia del tubo), estas capas añaden lo que se conoce como fuerza del aro al tubo, haciéndolo menos vulnerable a fuerzas de aplastamiento o estallido y astillamiento. La mayor parte del refuerzo, en el eje 0°, confiere al tubo su rigidez longitudinal.

Al alterar la disposición para incluir más o menos capas tejidas o al cambiar o alternar la orientación de las capas unidireccionales se permite optimizar con precisión el rendimiento del tubo para su uso específico. Por ejemplo, un tubo para un eje de transmisión encontrará principalmente fuerzas de torsión y, por lo tanto, la fibra unidireccional puede alinearse fuera del eje, a 45°, por ejemplo, específicamente para manejar estas fuerzas.

Una vez que el refuerzo de fibra de carbono preimpregnado se ha envuelto alrededor del mandril lo más apretado posible, el refuerzo se envuelve firmemente con un cinta retráctil compuesta para lograr una mayor consolidación.

Al aplicar la cinta retráctil, es importante asegurarse de que haya mucha superposición. Cada vuelta de la cinta avanza sólo unos pocos milímetros por el tubo. Aunque hacerlo a mano requiere mucho tiempo, tener mucha superposición de esta manera proporcionará mucha más presión de consolidación cuando la cinta se contraiga durante el curado.

Además del mandril, tener un horno para curar el tubo probablemente sea el principal factor limitante al considerar el proceso de envoltura en rollo fuera de un entorno de producción completo. Sin embargo, a diferencia de otros procesos de preimpregnado, el proceso de envoltura en rollo no requiere un control preciso de la temperatura ni los ciclos de curado de varios pasos de "rampa y remojo" que a menudo se necesitan. El proceso tampoco requiere una línea de vacío activa hacia el horno. Por lo tanto, los únicos requisitos para que un horno cure tubos envueltos en rollo son un control básico de la temperatura y un tamaño suficiente para que quepa el tubo. Dependiendo del tamaño del tubo que desee fabricar, cualquier cosa, desde un horno doméstico hasta un horno de recubrimiento en polvo. podría usarse.

En el video tutorial, estamos usando nuestro Horno de curado de composites de precisión OV301. El preimpregnado XPREG XC110 se carga en el horno a 120°C, temperatura uniforme, y se deja curar durante 1 hora y 30 minutos.