Als u begrijpt hoe koolstofvezeldoek en -stof worden vervaardigd, weet u dat het een complex en energie-intensief proces is waarbij koolstofatomen moeten worden uitgelijnd, aan hoge hitte moeten worden blootgesteld en vervolgens met een chemische stof moeten worden gecoat om de hars te laten kleven. Maar hoe worden die vezels en stoffen composiet buizen?
Het is gemakkelijk om naar een dwarsdoorsnede van composietbuizen te kijken en aan te nemen dat het een constructie uit één stuk is. Het eindproduct is zeker een enkel stuk, maar dat komt alleen omdat de hars en het uithardingsproces alles met elkaar verbinden. Dat stuk buis begon niet als een enkel stuk. Het begon als meerdere lagen vezels of stof die werden gecombineerd met hars om de afgewerkte buis te maken.
Er zijn vier primaire processen voor het maken van composietbuizen. Dit zijn:
1. ROLVERPAKKING
Het wikkelen van rollen wordt meestal gedaan met een prepreg-product om consistentie te garanderen. Een prepreg is een samengesteld product dat bestaat uit stof of vezels die al zijn geïmpregneerd met de epoxyhars die nodig is om alles bij elkaar te houden.
Het prepreg-materiaal wordt gesneden in lagen met verschillende vezeloriëntatie. Die lagen worden vervolgens gerold op een cilindrische staaf die bekend staat als een doorn. De doorn en prepreg worden vervolgens in een plastic film gewikkeld om de epoxyhars te bevatten en de lagen tijdens het uitharden samen te drukken. Zodra de uitharding is voltooid, wordt de doorn verwijderd uit het midden van de afgewerkte buis.
Wikkelen van rollen resulteert in maximale consistentie over zowel koolstofvezel als glasvezelbuizen. Het proces biedt ook meer maatwerk in termen van zowel vezel / doornconfiguratie als productiehoeveelheden. Het wikkelen van rollen is het geprefereerde proces voor het produceren van kleine oplagen.
2. FILAMENTWINDING
Het proces van het opwikkelen van filamenten begint met een samengestelde kabel van koolstofvezel, glasvezel of een hybride van koolstofvezel-glasvezel. De kabel wordt aan de achterkant van de wikkelmachine op meerdere spoelen geladen. Aan de voorkant zit een lange doorn die dienst doet als vorm voor de slangen.
Om de buis te maken, beweegt een wagen op en neer over de lengte van de machine terwijl de doorn draait. De slepen worden in een spiraalpatroon op de doorn aangebracht, zoals de streep op een zuurstok. De hoek van de spiraal kan worden aangepast, evenals het aantal spiralen dat nodig is om een laag te maken. Eenmaal volledig gevormd, wordt de buis uitgehard voordat deze van de doorn wordt gescheiden.
Het oprollen van filamenten is meer geautomatiseerd dan het wikkelen van rollen, en dus een kosteneffectievere manier om in korte tijd grote hoeveelheden composietbuizen te produceren. Aanpassing is vaak gemakkelijker bij het wikkelen van rollen, omdat de vezels en hars kunnen worden gemengd en op elkaar worden afgestemd bij de wikkelmachine in plaats van tijdens het prepregging-proces.
3. PULTRUSION
Het pultrusieproces dankt zijn naam aan de combinatie van trek- en extrusieprincipes. Waar extrusie materiaal door een matrijs dwingt door erop te duwen, bereikt pultrusie hetzelfde door het materiaal door de matrijs te trekken. Gepultrudeerde buizen worden gemaakt door koolstofvezel of glasvezeldraad door een verwarmde matrijs te trekken terwijl deze wordt geïmpregneerd met epoxyhars. Het materiaal wordt over een doorn getrokken die ervoor zorgt dat het zijn vorm behoudt tijdens het uithardingsproces.
Het voordeel van dit proces is dat het een continue, unidirectionele buislengte produceert die na uitharding op maat kan worden gesneden. Omdat pultrusie in hoge mate geautomatiseerd is, is het een veel kosteneffectiever productieproces dan zowel het wikkelen van rollen als het wikkelen van filamenten. Pultrusion maakt het gemakkelijk om slangen in verschillende lengtes en diktes te produceren door simpelweg zowel de doorn als de matrijs te verwisselen.
De keerzijde van pultrusie is dat alle vezels zijn georiënteerd langs de as van de buis. Met alle vezels in één richting betekent dit dat de buis zeer goed in spanning is, maar gemakkelijk kan splitsen in compressie of torsie. De zoektocht naar een geautomatiseerd proces dat gebalanceerde buizen kan produceren, brengt ons bij het trekken van vlechten.
4. TREKKEN
Pullbraiding is een verlengstuk van pultrusie. Dit proces is in wezen hetzelfde als pultrusie met één extra functie: de vezels worden aan elkaar gevlochten terwijl ze door de verwarmde matrijs en op de doorn worden getrokken. Door de vlecht te variëren, kunnen lagen met verschillende hoeken worden gemaakt en kunnen zelfs unidirectionele lagen worden ingevoegd.
Zowel pultrusie als trekvlechten creëren afgewerkte producten met een hoge stijfheid en een verhouding tussen gewicht en sterkte. Maar het belangrijkste voordeel van het trekvlechtproces is dat het een meer uitgebalanceerde buis creëert die presteert onder een breed scala aan belastingen. Het voegt ook een element van esthetische schoonheid toe, omdat de vlecht meer in lijn is met de traditionele 'koolstofvezel'-look. En aangezien dit proces in hoge mate geautomatiseerd is, zoals pultrusie, zijn getrokken gevlochten buizen vaak goedkoper dan op rollen gewikkelde of met filament gewikkelde producten.
