Explicação pormenorizada do processo de formação de enrolamento de fibra de carbono
O enrolamento de filamentos é uma tecnologia de fabrico que utiliza fios contínuos de fibra de carbono para envolver e impregnar resina num molde de núcleo rotativo. Devido às suas caraterísticas de elevada eficiência e resistência, é amplamente utilizada no fabrico de componentes compósitos cilíndricos ou rotacionalmente simétricos
1 、 Visão geral do processo de formação de enrolamento de fibra de carbono
O processo de moldagem por enrolamento forma uma estrutura de várias camadas no molde do núcleo, controlando a tensão, o ângulo e o teor de resina do fio de fibra de carbono. Após a cura, retire o molde do núcleo ou mantenha-o como parte do componente, adequado para a produção de tubagens, vasos de pressão e componentes de eixo. Este processo combina as vantagens da automatização e da otimização de materiais e é um meio importante de conceção leve
Caraterísticas do processo
- Alta eficiência: Adequado para a produção em massa de componentes simétricos rotativos
- Otimização da força: O ângulo de enrolamento da fibra pode ser ajustado de acordo com os requisitos de força
- Elevada taxa de utilização de material: reduz os resíduos e os custos
- Elevado grau de automatização: Controlo preciso através do equipamento
2 、 Fluxo de processo de formação de enrolamento de fibra de carbono
O processo inclui principalmente as seguintes etapas:
1. Preparação do molde do núcleo
Selecionar ou fabricar um molde de núcleo adequado (normalmente metal ou material solúvel) e assegurar que a sua superfície é lisa para enrolamento e desmoldagem
2. Enrolamento de fibras
Depois de impregnar o fio de fibra de carbono através de um tanque de resina, este é enrolado num ângulo específico (normalmente 0 ° a 90 °) no molde do núcleo. A máquina de enrolamento controla a trajetória da fibra e o número de camadas de acordo com o programa de design
3. Processo de cura
Após o enrolamento, colocar o molde do núcleo num forno ou à temperatura ambiente para curar, e a resina endurece para formar uma estrutura estável. O tempo de cura depende do tipo de resina e da espessura do componente
4. Desmoldagem e maquinagem de precisão
Após a cura, remover o molde do núcleo (se for um molde de núcleo solúvel, dissolvê-lo), aparar, polir ou revestir os componentes para satisfazer os requisitos finais
3 、 Vantagens e desvantagens do processo de formação de enrolamento de fibra de carbono
Vantagens
- Alta resistência: Ângulo de enrolamento optimizado para um excelente desempenho de compressão e tração dos componentes
- Produção eficiente: O equipamento automatizado reduz o ciclo de fabrico
- Custo-eficácia: Adequado para a produção de componentes de grande diâmetro e comprimento
- Flexibilidade de conceção: Direção da fibra ajustável para se adaptar a diferentes cargas
Desvantagens
- Restrição da forma: aplicável principalmente a componentes rotacionalmente simétricos...
- Complexidade do equipamento: O custo de conceção das máquinas de enrolamento e dos moldes de núcleo é relativamente elevado.
- Controlo difícil da resina: A distribuição da resina deve ser ajustada com precisão durante o processo de enrolamento...
4 、 Campos de aplicação do processo de formação de enrolamento de fibra de carbono
Este processo é amplamente utilizado devido às suas vantagens únicas:
Recipientes sob pressão: tais como tanques de armazenamento de gás e tanques de propulsão de foguetões.
Sistema de condutas: como as condutas químicas e as condutas de tratamento de águas.
Equipamento desportivo: como canas de pesca e tacos de golfe...
Aeroespacial: como cartuchos de mísseis e suportes de antenas de satélite.
5、 Tendências de desenvolvimento futuro
Com o desenvolvimento do controlo inteligente e de novos materiais de resina, o processo de moldagem por enrolamento de fibra de carbono alcançará uma maior automatização e eficiência. A combinação da tecnologia de impressão 3D para o fabrico de moldes de núcleo complexos e a monitorização em tempo real da tensão da fibra irão melhorar ainda mais a qualidade dos componentes e o âmbito de aplicação.
6、 Resumo
O processo de moldagem por enrolamento de fibra de carbono tornou-se a principal tecnologia para o fabrico de componentes compósitos rotacionalmente simétricos devido à sua produção eficiente e às suas caraterísticas de elevada resistência. Embora a sua forma tenha uma aplicabilidade limitada, este processo tem demonstrado um grande potencial em áreas como os vasos de pressão, condutas e equipamento desportivo, através da otimização dos ângulos de enrolamento e do equipamento de automação. Os futuros avanços tecnológicos levá-lo-ão a ocupar uma posição importante em mais aplicações de alto desempenho.