Como fazer um tubo de fibra de carbono enrolado em rolo

O processo de embalagem do rolo envolve envolver a fibra de carbono pré-impregnada em torno de um mandril de metal e, portanto, o ponto de partida é ter um mandril de metal com o diâmetro correto para o tamanho do tubo que você deseja criar. Como a fibra de carbono será enrolada na parte externa do mandril, o próprio mandril precisa ter um diâmetro externo que corresponda ao diâmetro interno do tubo de fibra de carbono que você usará para fazer. O diâmetro externo do tubo de fibra de carbono será determinado pela quantidade de reforço (o número de camadas) que você envolve no mandril.

No vídeo usamos um mandril de alumínio porque o alto coeficiente de expansão térmica (CTE) do alumínio o torna adequado para o processo de embalagem de rolos. Aço ou outros metais podem ser usados, mas metais com CTE mais alto facilitarão o processo.

Se você deseja produzir um tubo cônico de fibra de carbono, provavelmente precisará usar um torno para girar uma haste de alumínio sólida e criar um mandril cônico.

Depois de ter um mandril de tamanho correto, certifique-se de que esteja completamente limpo e o mais liso possível para auxiliar na extração. O mandril deve então ser cuidadosamente preparado com alta temperatura agente de liberação química, como Easy-Lease.

Embora em teoria seja possível usar tipos alternativos de reforço, como um tecido seco umedecido com uma resina epóxi, na prática apenas a fibra de carbono pré-impregnada oferece a precisão e a facilidade de manuseio necessárias para o processo de embalagem do rolo.

No tutorial usamos uma camada de XPREG® Pré-impregnado tecido XC110 210g no interior do tubo, seguido por várias camadas de Pré-impregnado unidirecional XC130 300g, finalizado com uma camada final do pré-impregnado tecido XC110 210g novamente na parte externa do tubo. Como o pré-impregnado tecido tem fibras orientadas no eixo 0° (ao longo do comprimento do tubo) e no eixo 90° (ao redor da circunferência do tubo), essas camadas adicionam o que é conhecido como força do aro ao tubo, tornando o tubo menos vulnerável a forças de esmagamento ou ruptura e lascas. A maior parte do reforço, no eixo 0°, confere ao tubo a sua rigidez longitudinal.

Ao alterar a disposição para incluir mais ou menos camadas tecidas ou ao alterar ou alternar a orientação das camadas unidirecionais permite que o desempenho do tubo seja otimizado com precisão para seu uso específico. Por exemplo, um tubo para um eixo de transmissão encontrará principalmente forças de torção e, portanto, a fibra unidirecional pode ser alinhada fora do eixo, a 45°, por exemplo, especificamente para lidar com essas forças.

Uma vez que o reforço de fibra de carbono pré-impregnado tenha sido enrolado ao redor do mandril tão firmemente quanto possível, o reforço é então firmemente enrolado com um fita retrátil de compósitos para proporcionar maior consolidação.

Ao aplicar a fita retrátil é importante garantir que haja muita sobreposição. Cada volta da fita avança apenas alguns milímetros no tubo. Embora seja demorado fazer isso manualmente, ter muitas sobreposições dessa forma proporcionará muito mais pressão de consolidação quando a fita se contrair durante a cura.

Além do mandril, ter um forno para curar o tubo provavelmente será o principal fator limitante quando se considera o processo de embalagem do rolo fora de um ambiente de produção completo. No entanto, ao contrário de outros processos de pré-impregnação, o processo de embalagem por rolo não requer controle preciso de temperatura ou ciclos de cura de múltiplas etapas de “rampa e imersão”, muitas vezes necessários. O processo também não requer uma linha de vácuo ativa no forno. Portanto, os únicos requisitos para um forno curar tubos embrulhados em rolo são o controle básico de temperatura e tamanho suficiente para encaixar o tubo. Dependendo do tamanho do tubo que você deseja fazer, qualquer coisa, desde um forno doméstico até um forno de revestimento em pó poderia ser usado.

No tutorial em vídeo, estamos usando nosso Forno de cura de compósitos de precisão OV301. O pré-impregnado XPREG XC110 é carregado no forno a 120°C, temperatura plana, e deixado curar por 1h30min.