Detaillierte Erläuterung des Wickelverfahrens für Kohlenstofffasern

Filament Winding ist eine Fertigungstechnologie, bei der Endlosfasergarne aus Kohlenstoff verwendet werden, um eine rotierende Kernform zu umwickeln und mit Harz zu imprägnieren. Aufgrund ihrer hohen Effizienz und Festigkeitseigenschaften wird sie häufig bei der Herstellung von zylindrischen oder rotationssymmetrischen Verbundwerkstoffkomponenten eingesetzt.

1、 Überblick über den Prozess der Kohlenstofffaser-Wickeltechnik

Das Wickelverfahren bildet eine mehrschichtige Struktur auf der Kernform, indem die Spannung, der Winkel und der Harzgehalt des Kohlefasergarns gesteuert werden. Nach dem Aushärten kann die Kernform entfernt werden oder als Teil des Bauteils verbleiben, das sich für die Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern und Schachtkomponenten eignet. Dieses Verfahren kombiniert die Vorteile von Automatisierung und Materialoptimierung und ist ein wichtiges Mittel für den Leichtbau.

Prozessmerkmale

• Hohe Effizienz: Geeignet für die Massenproduktion von rotierenden, symmetrischen Bauteilen
• Optimierung der Stärke: Der Faserwickelwinkel kann je nach Kraftbedarf eingestellt werden
• Hoher Materialausnutzungsgrad: reduziert den Abfall und senkt die Kosten
• Hoher Grad an Automatisierung: Präzise Kontrolle durch Ausrüstung

2、 Prozessablauf beim Wickeln von Kohlenstofffasern

Das Verfahren umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:

1. Vorbereitung der Kernform

Auswahl oder Herstellung einer geeigneten Kernform (in der Regel Metall oder lösliches Material) und Gewährleistung einer glatten Oberfläche für das Aufwickeln und Entformen

2. Faserwicklung

Nach der Imprägnierung des Kohlefasergarns durch einen Harztank wird es in einem bestimmten Winkel (in der Regel 0° bis 90°) auf die Kernform gewickelt. Die Wickelmaschine steuert den Faserverlauf und die Anzahl der Lagen entsprechend dem Konstruktionsprogramm

3. Aushärtungsprozess

Nach dem Wickeln wird die Kernform zum Aushärten in einen Ofen oder bei Raumtemperatur gestellt, und das Harz härtet aus, um eine stabile Struktur zu bilden. Die Aushärtezeit hängt von der Art des Harzes und der Bauteildicke ab

4. Entformung und Präzisionsbearbeitung

Nach der Aushärtung die Kernform entfernen (wenn es sich um eine lösliche Kernform handelt, diese auflösen), die Bauteile entgraten, polieren oder beschichten, um die endgültigen Anforderungen zu erfüllen

3、 Vor- und Nachteile des Wickelverfahrens für Kohlenstofffasern

Vorteile

1. Hohe Festigkeit: Optimierter Wickelwinkel für hervorragende Druck- und Zugfestigkeit der Bauteile
2. Effiziente Produktion: Automatisierte Anlagen verkürzen den Produktionszyklus
3. Kosteneffizienz: Geeignet für die Herstellung von Komponenten mit großem Durchmesser und großer Länge
4. Flexibilität bei der Gestaltung: Einstellbare Faserrichtung zur Anpassung an unterschiedliche Belastungen

Benachteiligungen

1. Einschränkung der Form: hauptsächlich anwendbar auf rotationssymmetrische Bauteile.
2. Komplexität der Ausrüstung: Die Konstruktionskosten für Wickelmaschinen und Kernformen sind relativ hoch.
3. Schwierige Harzkontrolle: Die Harzverteilung muss während des Wickelvorgangs genau eingestellt werden.

4、 Anwendungsbereiche des Wickelverfahrens für Kohlenstofffasern

Dieses Verfahren ist aufgrund seiner einzigartigen Vorteile weit verbreitet:

Druckbehälter: z. B. Gasspeicher und Raketentreibstofftanks.

Rohrleitungssystem: z. B. Chemierohrleitungen und Wasseraufbereitungsrohre.

Sportgeräte: wie Angelruten und Golfschläger.

Luft- und Raumfahrt: z. B. Raketenschalen und Satellitenantennenhalterungen.

5、 Zukünftige Entwicklungstrends

Mit der Entwicklung intelligenter Steuerungen und neuer Harzmaterialien wird der Prozess des Carbonfaser-Wickelgießens eine höhere Automatisierung und Effizienz erreichen. Die Kombination von 3D-Drucktechnologie zur Herstellung komplexer Kernformen und Echtzeitüberwachung der Faserspannung wird die Bauteilqualität und den Anwendungsbereich weiter verbessern.

6、 Zusammenfassung

Das Wickelverfahren für Kohlenstofffasern hat sich aufgrund seiner effizienten Produktion und hohen Festigkeitseigenschaften zur Kerntechnologie für die Herstellung rotationssymmetrischer Verbundbauteile entwickelt. Obwohl seine Form nur begrenzt anwendbar ist, hat dieses Verfahren durch die Optimierung von Wickelwinkeln und Automatisierungseinrichtungen ein großes Potenzial in Bereichen wie Druckbehälter, Rohrleitungen und Sportgeräte gezeigt. Zukünftige technologische Fortschritte werden dazu führen, dass es eine wichtige Position in weiteren Hochleistungsanwendungen einnimmt.