ロール巻きカーボンファイバーチューブの作り方

ロールラッピングプロセスには、金属マンドレルの周りにプリプレグカーボンファイバーを巻き付けることが含まれるため、作成するサイズのチューブに適した直径の金属マンドレルを用意することが出発点となります。カーボンファイバーはマンドレルの外側に巻き付けられるため、マンドレル自体の外径は、それを使用して作成するカーボンファイバーチューブの内径と一致する必要があります。カーボンファイバーチューブの外径は、マンドレルに巻き付ける補強材の量（層の数）によって決まります。

ビデオではアルミニウムのマンドレルを使用しています。これは、アルミニウムの熱膨張係数 (CTE) が高いため、ロールラッピングプロセスに適しているためです。スチールまたは他の金属も使用できますが、CTE が高い金属を使用するとプロセスが容易になります。

テーパー状のカーボンファイバーチューブを製造したい場合は、旋盤を使用して固体アルミニウムロッドを削り、テーパー状のマンドレルを作成する必要がある可能性が高くなります。

適切なサイズのマンドレルを用意したら、完全に清潔で、抽出しやすいようにできるだけ滑らかであることを確認します。その後、マンドレルを高温で徹底的に準備する必要があります。 化学剥離剤、イージーリースなど。

理論的には、エポキシ樹脂で湿らせた乾燥布地などの代替タイプの補強材を使用することも可能かもしれませんが、実際には、プリプレグカーボンファイバーのみが、ロールラッピングプロセスに必要な精度と取り扱いの容易さを提供します。

このチュートリアルでは XPREG® のレイヤーを使用します。 XC110 210g 織プリプレグ チューブの内側にいくつかの層が続きます XC130 300g 一方向プリプレグ、チューブの外側に再び XC110 210g 織プリプレグの最終層で仕上げます。織られたプリプレグには 0° 軸 (チューブの長さ方向) と 90° 軸 (チューブの周囲) に配向された繊維があるため、これらの層には、いわゆる フープ強度 これにより、チューブが押しつぶされたり、破裂したりする力や破片に対して脆弱になります。補強材の大部分は 0° 軸にあり、チューブに縦方向の剛性を与えます。

レイアップを変更して多かれ少なかれ織った層を含めたり、一方向の層の向きを変更または交互にしたりすることにより、チューブの性能を特定の用途に合わせて正確に最適化することができます。たとえば、プロペラシャフト用のチューブは主にねじり力を受けるため、特にこれらの力に対処するために、一方向ファイバーを軸から外して、たとえば 45° に整列させることができます。

プリプレグ炭素繊維補強材をマンドレルにできるだけしっかりと巻き付けたら、次に補強材を布でしっかりと巻き付けます。 複合収縮テープ さらなる統合を実現します。

シュリンクテープを貼り付けるときは、十分に重なり合うようにすることが重要です。テープは 1 周ずつチューブ内をわずか数ミリメートル進みます。手作業で行うには時間がかかりますが、このように多くの重なりを持たせると、硬化中にテープが収縮するときにさらに大きな圧着圧力がかかります。

完全な生産環境以外でロールラッピングプロセスを検討する場合、マンドレルに加えて、チューブを硬化させるためのオーブンの有無が主な制限要因となる可能性があります。ただし、他のプリプレグプロセスとは異なり、ロールラッピングプロセスでは、正確な温度制御や、多くの場合必要となる複数ステップの「ランプアンドソーク」硬化サイクルは必要ありません。また、このプロセスではオーブンへのアクティブな真空ラインも必要ありません。したがって、ロールで包まれたチューブを硬化するためのオーブンに必要なのは、基本的な温度制御と、チューブを収めるのに十分なサイズだけです。作りたいチューブのサイズに応じて、家庭用オーブンからパウダーコーティングオーブンまで、あらゆるものを使用できます。使用できるかもしれません。

ビデオチュートリアルでは、 OV301 精密複合材硬化炉。 XPREG XC110 プリプレグを 120°C の一定温度のオーブンに入れ、1 時間 30 分間硬化させます。