Se capisci come vengono prodotti il tessuto e il rimorchio in fibra di carbonio, sai che si tratta di un processo complesso e ad alta intensità energetica che richiede l'allineamento degli atomi di carbonio, sottoponendoli a calore elevato e quindi rivestendoli con una sostanza chimica per aiutare la resina a rimanere attaccata. Ma come fanno quelle fibre e tessuti a diventare tubi compositi?
È facile guardare una sezione trasversale del tubo composito e supporre che sia una costruzione monopezzo. Il prodotto finito è certamente un pezzo unico, ma questo è solo perché il processo di resina e indurimento lega tutto insieme. Quella sezione di tubo non è iniziata come un singolo pezzo. È iniziato come più strati di fibra o tessuto che sono stati combinati con la resina per creare il tubo finito.
Esistono quattro processi principali per la creazione di tubi compositi. Questi sono:
1. AVVOLGIMENTO DEL ROTOLO
L'avvolgimento del rotolo viene in genere eseguito con un prodotto prepreg per garantire coerenza. Un prepreg è un prodotto composito costituito da tessuto o fibra già impregnati con la resina epossidica necessaria per tenere tutto insieme.
Il materiale preimpregnato viene tagliato in strati con diverso orientamento della fibra. Tali strati vengono quindi arrotolati su un'asta cilindrica nota come mandrino. Il mandrino e il preimpregnato vengono quindi avvolti in una pellicola di plastica per contenere la resina epossidica e comprimere gli strati durante l'indurimento. Una volta completata l'indurimento, il mandrino viene rimosso dal centro del tubo finito.
L'avvolgimento del rotolo garantisce la massima coerenza tra tubi in fibra di carbonio e fibra di vetro. Il processo consente inoltre una maggiore personalizzazione in termini sia di configurazione fibra / mandrino sia di quantità di produzione. Il roll wrapping è il processo preferito per la produzione di piccole tirature.
2. AVVOLGIMENTO DEL FILAMENTO
Il processo di avvolgimento del filamento inizia con un rimorchio composito di fibra di carbonio, fibra di vetro o ibrido di fibra di carbonio-fibra di vetro. Il rimorchio viene caricato su più bobine sul retro dell'avvolgitore. Nella parte anteriore è un lungo mandrino che funge da forma per il tubo.
Per creare il tubo, un carrello si sposta su e giù per la lunghezza della macchina mentre il mandrino gira. I rimorchi sono applicati al mandrino a spirale come la striscia su un bastoncino di zucchero. L'angolo della spirale può essere regolato e quante spirali sono necessarie per creare uno strato. Una volta completamente formato, il tubo viene polimerizzato prima di essere separato dal mandrino.
L'avvolgimento del filamento è più automatizzato dell'avvolgimento del rotolo, e quindi un modo più economico per produrre grandi volumi di tubi compositi in breve tempo. La personalizzazione è spesso più semplice con l'avvolgimento del rotolo poiché la fibra e la resina possono essere miscelate e accoppiate alla bobinatrice anziché durante il processo di prepregging.
3. PULTRUSIONE
Il processo di pultrusione prende il nome dalla sua combinazione di principi di estrusione e estrazione. Laddove l'estrusione forza il materiale attraverso un dado spingendolo, la pultrusione realizza la stessa cosa tirando il materiale attraverso il dado. I tubi pultrusi vengono creati tirando il rimorchio in fibra di carbonio o fibra di vetro attraverso uno stampo riscaldato mentre viene impregnato di resina epossidica. Il materiale viene tirato su un mandrino che assicura che mantenga la sua forma durante il processo di stagionatura.
Il vantaggio di questo processo è che produce una lunghezza continua e unidirezionale di tubi che può essere tagliata su misura dopo l'indurimento. Poiché la pultrusione è altamente automatizzata, è un processo di produzione molto più economico rispetto all'avvolgimento del rotolo o dell'avvolgimento del filamento. Pultrusion semplifica la produzione di tubi di varie lunghezze e spessori semplicemente cambiando mandrino e matrice.
Il lato negativo della pultrusione è che tutte le fibre sono orientate lungo l'asse del tubo. Avere tutte le fibre in una direzione significa che il tubo è molto buono in tensione ma può facilmente dividersi in compressione o torsione. La ricerca di un processo automatizzato in grado di produrre tubi bilanciati ci porta al pullbraiding.
4. PULLBRAIDING
Il pullbraiding è un'estensione della pultrusione. Questo processo è essenzialmente lo stesso della pultrusione con una caratteristica aggiunta: le fibre sono intrecciate insieme mentre vengono tirate attraverso la matrice riscaldata e sul mandrino. È possibile creare strati di diverse angolazioni variando la treccia e si possono inserire anche strati unidirezionali.
Sia la pultrusione che il pullbraiding creano prodotti finiti con elevata rigidità e rapporti peso-resistenza. Ma il principale vantaggio del processo di pullbraiding è che crea un tubo più bilanciato che si comporta con una vasta gamma di carichi. Aggiunge anche un elemento di bellezza estetica poiché la treccia è più in linea con il tradizionale aspetto "fibra di carbonio". E poiché questo processo è altamente automatizzato come la pultrusione, i tubi a strappo sono spesso meno costosi dei prodotti avvolti in rotoli o avvolti da filamenti.
