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1. 튜브 권선 공정 소개

이 튜토리얼을 통해 튜브 와인딩 공정을 이용하여 탄소 섬유 프리프레그로 튜브형 구조물을 성형하고 고강도 소재를 생산하는 방법을 배우게 됩니다.탄소 섬유 튜브이 공정은 복합재료 제조업체에서 흔히 사용됩니다.

평행한 측면이나 연속적인 테이퍼를 가진 튜브를 제작하려면 튜브 와인딩 공정이 이상적입니다. 적절한 크기의 금속 맨드릴과 오븐만 있으면 고객의 특정 요구 사항에 맞춘 맞춤형 탄소 섬유 튜브를 제작할 수 있습니다.

핸들바와 같은 복잡한 형상의 탄소 섬유 튜브나 서스펜션 포크 또는 자전거 프레임과 같은 더욱 복잡한 튜브형 프레임 구조에는 분할 성형 기술이 가장 적합한 방법입니다. 이제 분할 성형 기술을 사용하여 이러한 복잡한 탄소 섬유 튜브를 생산하는 방법을 시연해 보겠습니다.

2. 금속 맨드릴의 가공 및 준비

• 금속 맨드릴의 중요성

튜브 권선 공정을 시작하기 전에 가장 먼저 금속 맨드릴을 준비해야 합니다. 금속 맨드릴은 튜브의 내경과 일치해야 하며, 표면의 평활도와 적절한 전처리가 매우 중요합니다. 또한, 금속 맨드릴은 세척 및 이형제 도포와 같은 적절한 전처리를 거쳐야 후속 탈형 공정을 용이하게 할 수 있습니다.

튜브 권선 공정에서 금속 맨드릴은 튜브를 지지해야 하므로 매우 중요한 역할을 합니다.탄소 섬유 프리프레그원활한 감기를 보장하기 위해 적절한 크기의 금속 맨드릴을 미리 준비하는 것이 필수적입니다. 탄소 섬유는 맨드릴의 외면을 따라 감기 때문에 맨드릴의 외경은 제작할 탄소 섬유 튜브의 내경과 일치해야 합니다.

• 이형제 도포

이형제는 마찰을 줄여 원활한 탈형을 보장하며, 맨드릴 표면에 고르게 도포되어야 합니다. 금속 맨드릴 준비가 완료되면 다음 단계는 이형제를 도포하는 것입니다. 일반적으로 사용되는 이형제로는 실리콘 오일과 파라핀이 있으며, 이들은 탄소 섬유와 금속 맨드릴 사이의 마찰을 효과적으로 줄여줍니다.

준비된 금속 맨드릴은 제품의 원활한 탈형을 위해 철저히 세척하고 표면을 최대한 매끄럽게 해야 합니다. 그런 다음 이형제를 맨드릴 표면에 고르게 도포해야 합니다.

3. 탄소섬유 프리프레그 제조

• 프리프레그의 종류와 장점

권선 정밀도와 취급 용이성에 대한 높은 요구 조건을 충족하는 재료는 탄소 섬유 프리프레그뿐입니다. 이론적으로는 에폭시 함침 건식 직물과 같은 다른 종류의 보강재를 권선 공정에 사용할 수 있지만, 실제로는 탄소 섬유 프리프레그만이 이 공정에서 요구되는 높은 정밀도와 취급 용이성을 만족시킬 수 있습니다.

이 튜토리얼에서는 튜브의 성능을 향상시키기 위해 특정 프리프레그 적층 방법을 사용합니다.

• 프리프레그 적층 설계

튜브의 안쪽 면에 직조 프리프레그 층을 깔고, 그 위에 여러 층의 단방향 프리프레그를 쌓은 다음, 마지막으로 튜브의 바깥쪽 면에 직조 프리프레그 층을 다시 한번 적용합니다. 이러한 적층 구조는 직조 프리프레그의 섬유 배향 특성을 0° 및 90° 축에서 최대한 활용하여 튜브의 성능을 크게 향상시킵니다. 0° 축에 놓인 대부분의 단방향 프리프레그는 파이프에 탁월한 종방향 강성을 제공합니다.

4. 파이프 권선 공정 흐름도

• 사전 준비 작업

프리프레그 적층 설계가 완료되면 파이프 권선 공정이 진행됩니다. 프리프레그 공정에서는 PE 필름과 이형지를 제거하고 적절한 겹침 영역을 남겨둡니다. 이 단계는 후속 권선 공정이 원활하게 진행되도록 하는 데 매우 중요합니다.

• 권선 공정의 세부 사항

권선 과정에서는 금속 코어 샤프트를 안정적으로 위치시키고 힘을 균일하게 가하여 프리프레그가 원활하게 감기도록 하는 것이 중요합니다. 금속 코어 샤프트는 프리프레그 첫 번째 층의 가장자리에 안정적으로 위치시켜야 하며, 이를 통해 힘이 고르게 가해집니다.

권취 과정에서 탈형 시 제품 제거를 용이하게 하기 위해 끝부분에 추가적인 프리프레그를 감을 수 있습니다.

• BOPP 필름 포장

프리프레그 외에도 BOPP 필름을 포장재로 사용할 수 있습니다. BOPP 필름은 압축 압력을 높이고 프리프레그를 보호하며 밀봉합니다. BOPP 포장 필름을 적용할 때는 테이프 사이에 충분한 겹침이 있도록 하는 것이 중요합니다.

5. 오븐 건조 공정

• 경화 온도 및 시간

탄소 섬유 강화 프리프레그 소재를 단단히 포장한 후, 경화를 위해 오븐으로 보냅니다. 프리프레그 종류마다 경화 조건이 다르기 때문에 오븐 경화 과정에서 온도 제어가 매우 중요합니다. 이 단계는 소재의 안정성을 확보하고 성능을 향상시키는 데 필수적입니다.

오븐 내부의 고온 환경을 통해탄소 섬유수지 매트릭스가 완전히 반응하여 견고한 복합 재료를 형성합니다.

6. 제거 및 처리

BOPP 포장 필름을 제거하면 경화된 제품을 꺼낼 수 있습니다. BOPP 필름은 경화 후 제거할 수 있습니다. 필요한 경우 샌딩 및 도색을 통해 외관을 개선할 수 있습니다. 더욱 미적인 향상을 위해 샌딩 및 도색과 같은 추가 마감 공정을 진행할 수 있습니다.