Намотка нити - Filament winding

Намотка нити это изготовление техника в основном используется для изготовления открытых (цилиндры) или закрытых торцевых конструкций (сосуды под давлением или резервуары). Этот процесс включает намотку натянутых волокон на вращающуюся оправку. Оправка вращается вокруг шпинделя (ось 1 или X: шпиндель), в то время как подающая проушина на каретке (ось 2 или Y: горизонтальная) перемещается горизонтально в соответствии с осью вращающейся оправки, укладывая волокна в желаемом порядке или под углом. . Наиболее распространены филаменты стекло или углерод и пропитываются смолой в ванне при намотке на оправку. Как только оправка будет полностью покрыта до желаемой толщины, смола затвердевает. В зависимости от системы смолы и ее характеристик отверждения часто вращающуюся оправку помещают в печь или помещают под лучистые нагреватели до тех пор, пока деталь не затвердеет. После отверждения смолы оправку удаляют или извлекают, в результате чего остается полый конечный продукт. Для некоторых продуктов, таких как газовые баллоны, «оправка» является постоянной частью готового продукта, образующей прокладку для предотвращения утечки газа или в качестве барьера для защиты композита от жидкости, которая будет храниться.

Намотка с нитью хорошо подходит для автоматизации, и существует множество применений, таких как трубы и небольшие сосуды высокого давления, которые наматываются и излечиваются без какого-либо вмешательства человека. Управляемыми переменными для намотки являются тип волокна, содержание смолы, угол ветра, жгут или ширина полосы и толщина пучка волокон. Угол, под которым наматывается волокно, влияет на свойства конечного продукта. «Обруч» с большим углом обеспечит окружную прочность, в то время как узоры с меньшим углом (полярные или спиральные) обеспечат большую прочность на растяжение в продольном / анальном направлении.

Продукция, производимая в настоящее время с использованием этой технологии, варьируется от трубы, гольф-клубы, Корпуса мембран обратного осмоса, весла, велосипедные вилки, велосипедные диски, опоры силовые и передаточные, сосуды под давлением к ракета оболочки, самолет фюзеляжи и фонарные столбы и яхтенные мачты.

Машины для намотки нити

В простейших намоточных машинах есть две оси движения: вращение оправки и ход каретки (обычно горизонтальный). Двухосные станки лучше всего подходят только для изготовления труб. Для сосудов под давлением, таких как контейнеры для сжиженного нефтяного газа или сжатого природного газа (например), обычно используется четырехосная намоточная машина. Четырехосный станок дополнительно имеет радиальную ось (поперечная подача), перпендикулярная ходу каретки, и вращающуюся головку разгрузки волокна, установленную на оси поперечной подачи. Поворот раздаточной головки можно использовать для предотвращения скручивания волоконной ленты и, таким образом, ее ширины во время намотки.

Станки с более чем четырьмя осями могут использоваться для сложных задач, шестиосевые намоточные машины обычно имеют 3 линейные и 3 оси вращения. Машины с более чем 2-мя осями движения имеют компьютер /ЧПУ управления, однако в наши дни новые 2-осевые станки в основном имеют числовое управление. Машины для намотки нитей с компьютерным управлением требуют использования программного обеспечения для генерации схем намотки и траекторий машин, такое программное обеспечение обычно может быть предоставлено производителями машин для намотки нитей или с использованием независимых продуктов, таких как Cadfil.[1] или Cadwind,[2] обзор методов программирования для станков с ЧПУ можно найти в.[3] Пример такого процесса наматывания можно найти повсюду в сети.

Обработать

Процесс намотки нити;

  • Использует непрерывный отрезок волоконной пряди / ровинга (так называемый прямой односторонний ровинг) или ленту.
  • Создает оболочку из материалов с высоким отношением прочности к массе благодаря высокому процентному содержанию стекла в матрице композита (70-80%).
  • Рисунки могут быть продольными, круговыми, спиральными или полярными. [4]
  • В основном требует термического отверждения деталей.

Процессы намотки нитей могут быть непрерывными или прерывистыми.

Непрерывный процесс намотки

Процессы непрерывной намотки используются для производства труб низкого давления, от малого до очень большого диаметра, непрерывно на оправке, сформированной из бесконечной ленты (широко известный как процесс Дростхольма). Трубы, произведенные с помощью этого процесса, в основном используются для сетей передачи / распределения сред (вода, канализация, сточные воды). Машины для намотки непрерывных волокон Обычно это двухкоординатные машины, способные укладывать волокна, стекловолокно, вуаль в виде сплошных обручей. Эти машины обычно оснащены несколькими двигателями измельчителя (для обеспечения разнонаправленного размещения волокон на детали) и бункерами для песка (для сброса песка на деталь и придания структурно усиленного сердечника).

Прерывистый процесс намотки

Основная статья: Машина для намотки непрерывных волокон

Прерывистый процесс намотки используется для производства деталей высокого давления, труб, сосудов высокого давления и сложных компонентов. Многоосевой станок используется для настройки угла свивки ленты из стекловолокна.

Другое оборудование для намотки нити

Пропитка стекловолокна

Прямые ровницы из стекловолокна погружаются в ванну со смолой, где они покрываются системой смол. Каждая нить в ровинге из стекловолокна покрыта клеящим составом, который обеспечивает вторичное сцепление между нитью из стекловолокна и смолой. Проклейка может быть совместима с единственной системой смол (например, совместимой с полиэфиром или эпоксидной смолой) или совместимой с несколькими системами (совместимой с полиэфиром + эпоксидной смолой + полиуретаном). Совместимость проклейки имеет решающее значение для обеспечения сцепления между смолой и волокном, за исключением систем полиуретановых смол, где смола связывается непосредственно со стеклом, а также проклейка одинаково хорошо. Традиционные системы пропитки смолой представляют собой конструкцию «W Dip Bath» или «Doctoring Roll», однако в последнее время в пропиточной ванне были достигнуты значительные успехи, направленные на сокращение отходов, максимальную эффективность пропитки смолой и улучшение свойств композитной матрицы.[5] Это приводит к гораздо лучшему контролю пропитки и соотношения смолы и стекла по сравнению с обычными ваннами.

Затем пропитанные жгуты буквально наматываются на оправку (стержень пресс-формы) с контролируемым рисунком, чтобы сформировать форму детали. После намотки смола отверждается, обычно с использованием тепла. Сердечник пресс-формы может быть удален или может быть оставлен как неотъемлемый компонент детали (Rosato, D.V.). Этот процесс в основном используется для полых компонентов с круглым или овальным сечением, таких как трубы и резервуары. Сосуды под давлением, трубы и приводные валы были изготовлены с использованием намотки накала. Он сочетается с другими методами нанесения волокна, такими как укладка вручную, пултрузия, и плетение. Уплотнение происходит за счет растяжения волокна, а содержание смолы в основном измеряется. Волокна могут быть пропитаны смолой перед намоткой (мокрая намотка), предварительной пропиткой (сухая намотка) или последующей пропиткой. Мокрая намотка имеет преимущества использования самых дешевых материалов, длительного хранения и низкой вязкости. Предварительно пропитанные системы производят детали с более постоянным содержанием смолы и часто могут быть намотаны быстрее.

Натяжители из стекловолокна

Натяжение волокна является критическим элементом в строительстве композитных конструкций. Если натяжение нити слишком низкое, композитная ламинатная структура будет иметь меньшую механическую прочность и характеристики. Если натяжение слишком велико, пряди могут потрепаться от стоек или образоваться пушинки. Из-за чрезмерного натяжения отношение смолы к стеклу в ламинате также может увеличиваться до значений, превышающих допустимые пределы, что приводит к тому, что ламинаты непригодны для использования при транспортировке сред и жидкостей.

Натяжные устройства из стекловолокна могут создавать натяжение в сухом или влажном состоянии в зависимости от их расположения до или после пропитки стекловолоконных жил.

Материалы

Стекловолокно - это волокно, наиболее часто используемое для намотки нитей, также используются углеродные и арамидные волокна. Большинство высокопрочных критических аэрокосмических конструкций производятся из эпоксидных или полиуретановых смол, причем для большинства других применений используются эпоксидные, полиуретановые или более дешевые полиэфирные смолы. Несомненным преимуществом является возможность использования непрерывного армирования без каких-либо разрывов или стыков, как и достижимая высокая объемная доля волокна, примерно от 60% до 80%. Только внутренняя поверхность структуры с намотанной нитью будет гладкой, если вторичная операция не будет выполнена на внешней поверхности. Перед снятием оправки деталь обычно отверждается при высокой температуре. Завершающие операции, такие как механическая обработка или шлифование, обычно не требуются (Furness, J., Azom.com).

Опасности

Выбросы

Сотрудники в процессах производства стекловолокна с использованием полиэстер и винилэфирная смола системы подвержены множеству опасностей - высокий уровень стирол.[6] По мере ужесточения контроля и ограничений выбросов стирола отрасль медленно переходит на такие системы смол, как полиуретаны не содержащие летучих растворителей.

Бисфенол А

Бисфенол А (BPA) является ключевым компонентом эпоксидная смола системы. BPA подозревается эндокринный разрушитель и во многих странах запрещено использовать в таких продуктах, как детские бутылочки. Поскольку BPA является репродуктивным, развивающим и системным токсикантом в исследованиях на животных и является слабым эстрогеном, возникают вопросы о его потенциальном воздействии, особенно на здоровье детей и окружающую среду. Агентство США по охране окружающей среды намерено инициировать анализ альтернатив BPA в материалах на основе BPA. водопроводные и канализационные трубы, так как это применение может иметь потенциал для воздействия на человека и окружающую среду.[7]BPA из композитных продуктов на основе эпоксидной смолы, таких как трубы, может вымываться в текучую среду (воду) при воздействии повышенной температуры, и это вызывает беспокойство.

Токсичные и опасные лекарства

использованная литература

  1. ^ Расширенное программное обеспечение для намотки нити
  2. ^ Программное обеспечение для намотки нитей Cadwind
  3. ^ Стэн Петерс, "Обмотка композитной нитью", 2011, ч. 4, ISBN  1615037225
  4. ^ Тодд, Роберт Х. «Справочное руководство по производственным процессам». Industrial Press Inc. Нью-Йорк. 1994. Стр. 228
  5. ^ ООО «Уретановые композиты групп»
  6. ^ http://www.doli.state.mn.us/pdf/fiberglass.pdf
  7. ^ План действий BPA - US EPA

внешние ссылки