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1. 튜브 와인딩 공정 소개

이 튜토리얼을 통해 튜브 와인딩 머신에서 탄소 섬유 프리프레그를 사용하여 튜브형 구조를 형성하는 튜브 와인딩 공정을 사용하여 고강도를 생성하는 방법을 배우게 됩니다.탄소 섬유 튜브이 공정은 일반적으로 복합재료 제조업체에서 사용됩니다.

평행면이나 연속 테이퍼형 튜브를 생산하려면 튜브 와인딩 공정이 이상적인 선택입니다. 적절한 크기의 금속 맨드럴과 오븐만 있으면 고객의 특정 요구 사항에 맞는 맞춤형 탄소 섬유 튜브를 제작할 수 있습니다.

핸들바와 같이 복잡한 모양의 탄소 섬유 튜브나 서스펜션 포크, 자전거 프레임과 같이 더욱 복잡한 튜브형 프레임 구조의 경우, 분할 성형 기술이 선호됩니다. 이제 분할 성형 기술을 사용하여 이러한 복잡한 탄소 섬유 튜브를 생산하는 방법을 보여드리겠습니다.

2. 금속 맨드렐의 가공 및 준비

• 금속 맨드렐의 중요성

튜브 와인딩 공정을 시작하기 전에 첫 번째 단계는 금속 맨드렐을 준비하는 것입니다. 금속 맨드렐은 튜브의 내경과 일치해야 하며, 표면의 매끄러움과 적절한 전처리가 매우 중요합니다. 또한, 이후 탈형 공정을 간소화하기 위해 금속 맨드렐은 세척 및 이형제 도포와 같은 적절한 전처리를 거쳐야 합니다.

튜브 감기 공정 동안 금속 맨드럴은 튜브를 지지해야 하므로 중요한 역할을 합니다.탄소 섬유 프리프레그원활한 와인딩을 보장하기 위해 적절한 크기의 금속 맨드럴을 미리 준비하는 것이 필수적입니다. 탄소 섬유는 맨드럴의 외면에 감겨지기 때문에, 맨드럴의 외경은 제작될 탄소 섬유 튜브의 내경과 일치해야 합니다.

• 이형제 도포

이형제는 마찰을 줄이고 매끄러운 탈형을 보장합니다. 이형제는 맨드렐 표면에 고르게 도포해야 합니다. 금속 맨드렐을 준비한 후 다음 단계는 이형제를 도포하는 것입니다. 일반적으로 사용되는 이형제로는 실리콘 오일과 파라핀이 있으며, 이는 탄소 섬유와 금속 맨드렐 사이의 마찰을 효과적으로 줄여줍니다.

준비된 금속 맨드렐은 제품의 원활한 탈형을 위해 표면을 최대한 매끄럽게 하고 깨끗하게 유지해야 합니다. 그런 다음, 맨드렐 표면에 이형제를 고르게 도포해야 합니다.

3. 탄소섬유 프리프레그 제조

• 프리프레그의 종류와 장점

탄소 섬유 프리프레그만이 와인딩 정확도와 취급 용이성에 대한 높은 요건을 충족합니다. 이론적으로는 에폭시 함침 건식 직물과 같은 다른 유형의 보강재도 와인딩 공정에 사용될 수 있지만, 실제로는 탄소 섬유 프리프레그만이 이 공정에서 높은 정밀도와 취급 용이성 요건을 충족할 수 있습니다.

이 튜토리얼에서는 튜빙의 성능을 향상시키기 위해 특정한 프리프레그 적층 방법을 사용합니다.

• 프리프레그 레이업 디자인

튜브 안쪽에 직조 프리프레그 한 층을 깔고, 그 위에 단방향 프리프레그를 여러 겹 깔고, 마지막으로 튜브 바깥쪽에 또 다른 직조 프리프레그 한 층을 덧씌웁니다. 이 레이업 설계는 직조 프리프레그의 섬유 배향 장점을 0° 및 90° 축에서 최대한 활용하여 튜브의 성능을 크게 향상시킵니다. 0° 축에 놓인 대부분의 단방향 프리프레그는 파이프에 우수한 종방향 강성을 부여합니다.

4. 파이프 와인딩 공정 흐름

• 사전 와인딩 준비

프리프레그 레이업 설계가 완료되면 파이프 와인딩 공정으로 진행됩니다. 프리프레그 공정은 PE 필름과 이형지를 제거하고 적절한 겹침 영역을 확보하는 것을 포함합니다. 이 단계는 후속 와인딩 공정의 원활한 진행을 위해 매우 중요합니다.

• 와인딩 과정의 세부 사항

와인딩 공정에서는 프리프레그가 부드럽게 감기도록 금속 코어 샤프트를 안정적으로 배치하고 힘을 균일하게 가하는 것이 중요합니다. 금속 코어 샤프트는 프리프레그 첫 번째 층의 가장자리에 안정적으로 배치하여 힘이 균일하게 가해지도록 해야 합니다.

와인딩 과정에서, 추가적인 프리프레그를 끝부분에 감을 수 있어 탈형 시 제품 제거가 용이합니다.

• BOPP 필름 포장

프리프레그 외에도 BOPP 필름은 포장재로 사용할 수 있습니다. BOPP 필름은 압밀 압력을 높이고 프리프레그를 보호하며 밀봉합니다. BOPP 포장 필름을 적용할 때는 테이프 사이에 충분한 겹침을 확보하는 것이 중요합니다.

5. 오븐 경화 공정

• 경화 온도 및 시간

프리프레그 탄소 섬유 강화 소재를 단단히 감싼 후, 오븐으로 보내 경화합니다. 프리프레그마다 경화 조건이 다르므로 오븐 경화 중에는 온도 조절이 매우 중요합니다. 이 단계는 소재의 안정성을 보장하고 성능을 향상시키는 데 매우 중요합니다.

오븐 내부의 고온 환경을 통해탄소 섬유수지 매트릭스가 완전히 반응하여 견고한 복합재료가 형성됩니다.

6. 제거 및 처리

BOPP 포장 필름을 제거한 후 경화된 제품을 제거할 수 있습니다. BOPP 필름은 경화 후 제거할 수 있습니다. 필요한 경우 샌딩 및 페인팅을 통해 외관을 개선할 수 있습니다. 더욱 심미적인 개선을 위해 샌딩 및 페인팅과 같은 추가 마감 처리를 할 수 있습니다.