필라멘트 권선

필라멘트 권선은 주로 개방형(실린더) 또는 폐쇄형 엔드 구조물(압력 용기 또는 탱크)의 제조에 사용되는 제조 기법이다. 이 과정은 회전하는 맨드렐 위에 긴장된 상태에서 필라멘트를 감는 것을 포함한다. 맨드렐은 회전하는 맨드렐의 축(축 1 또는 X: Spindle)을 중심으로 회전하는 캐리지(축 2 또는 Y: 수평)의 전달아이는 회전하는 맨드렐의 축에 맞춰 수평으로 가로지르며 원하는 패턴의 섬유나 회전축에 각도를 놓는다. 가장 흔한 필라멘트는 유리나 탄소로 맨드렐에 감길 때 욕조를 통과해 수지가 스며든다. 일단 만드렐을 원하는 두께로 완전히 덮으면 수지는 경화된다. 레진 시스템과 그 치료 특성에 따라 맨드렐을 오븐에 넣고 가열하거나 부품이 경화될 때까지 복사 난방기 아래에서 회전시키는 경우가 많다. 수지가 경화되면 맨드렐을 제거하거나 추출해 중공 최종 제품을 남긴다. 가스병과 같은 일부 제품의 경우, '맨드렐'은 가스 누출을 방지하기 위해 라이너를 형성하거나 저장할 유체로부터 합성물을 보호하기 위한 장벽 역할을 하는 완제품의 영구적인 부분이다.

필라멘트 권선은 자동화에 잘 적합하며, 사람의 개입 없이 상처와 경화를 받는 파이프, 소형 압력 용기 등 응용분야가 많다. 권선에 대한 제어 변수는 섬유 다발의 섬유 유형, 수지 함량, 풍각, 견인 또는 대역폭 및 두께이다. 파이버가 감기는 각도는 최종 제품의 특성에 영향을 미친다. 높은 각도 "허프"는 원주 강도를 제공하는 반면, 낮은 각도 패턴(극 또는 나선형)은 더 큰 종방향/축방향 인장 강도를 제공한다.

현재 이 기술을 이용해 생산되고 있는 제품은 파이프, 골프채 샤프트, 역삼투막 하우징, 노, 자전거 포크, 자전거 림, 동력 및 송전 폴, 압력 용기, 미사일 케이스, 항공기 동체, 램프 기둥, 요트 스파 등 다양하다.

필라멘트 권선기

가장 단순한 권선 기계는 맨드렐 회전과 마차 이동의 두 축을 가지고 있다. 두 축 기계는 파이프 제조에만 가장 적합하다. LPG 또는 CNG 용기와 같은 압력 용기의 경우(예:) 4축 권선 기계를 사용하는 것이 일반적이다. 4축 기계는 추가로 캐리지 이동에 수직인 방사형(크로스피드) 축과 회전하는 섬유 지불 헤드가 크로스피드 축에 탑재된다. 지불 헤드 회전은 섬유 밴드의 비틀림을 멈추기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 권선 중에 폭이 다양하다.

첨단 애플리케이션에는 축이 4개 이상인 기계를 사용할 수 있으며, 6축 권선 기계는 보통 선형 3개, 회전 3개 축이 있다. 동작 축이 2개 이상인 기계는 컴퓨터/CNC 제어가 가능하지만, 요즘 새로 나온 2축 기계는 대부분 숫자 제어가 가능하다. 컴퓨터 제어 필라멘트 권선 기계는 권선 패턴과 기계 경로를 생성하기 위해 소프트웨어를 사용해야 하며, 그러한 소프트웨어는 일반적으로 필라멘트 권선 기계 제조업체 또는 Cadfil^[1] 또는 Cadwind와 같은 독립 제품을 사용하여 CNC 기계에 대한 프로그래밍 기법의 리뷰를 다음에서 찾을 수 있다.^[2][3] 그러한 구불구불한 과정의 예는 웹 전체에서 찾아볼 수 있다.

과정

필라멘트 권선의 프로세스;

• 연속 길이의 섬유 스트랜드/배빙(직접 단일 엔드 배빙) 또는 테이프 사용
• 복합 매트릭스 내 유리 비율이 높아 강도 대 무게 비율이 높은 재료 쉘(70-80%) 발생
• 패턴은 세로, 원주, 나선 또는 극일 수 있음
• 대부분 공작물의 열 경화 필요

필라멘트 권선 공정은 연속형 또는 불연속형일 수 있다.

연속 권선 공정

연속적인 권선 공정은 끝이 없는 띠로 형성된 맨드렐(일반적으로 드로스트홀름 공정으로 알려져 있음)에서 작고 큰 직경의 저압 파이프를 연속적으로 제조하는 데 사용된다. 이 과정을 통해 제조된 배관은 주로 매체(물, 하수, 폐수) 전송/유통망에 사용된다. 연속 필라멘트 권선 기계는 보통 섬유, 섬유 유리 천, 베일을 연속 후프 패턴으로 배치할 수 있는 2축 기계다. 이러한 기계에는 일반적으로 다중 헬리콥터 모터(부위에 다방향 섬유 배치를 부여하기 위한)와 모래 호퍼(부위에 모래를 떨어뜨리고 구조적으로 강화된 코어를 부여하기 위한)가 장착되어 있다.

불연속 권선 프로세스

불연속 권선 공정은 고압 부품, 파이프, 압력 용기 및 복잡한 부품을 제조하는 데 사용된다. 다중 축 기계는 섬유 유리 밴드의 레이 각도를 사용자 정의하기 위해 사용된다.

기타 필라멘트 권선 장비

섬유유리 함침

섬유유리 직접 로빙은 수지 시스템으로 코팅된 수지 욕조에 담근다. 섬유 유리 로빙의 각 가닥은 섬유 유리 가닥과 수지 사이의 이차적 결합을 제공하는 사이징 화학으로 코팅되어 있다. 사이징은 폴리에스터 호환 또는 에폭시 호환과 같은 단일 수지 시스템 또는 다중 시스템 호환(폴리에스터+에폭시+폴리유레탄 호환)이 될 수 있다. 사이징의 호환성은 레진이 유리에 직접 결합되고 사이징이 균등하게 잘 결합되는 폴리우레탄 수지 시스템의 경우를 제외하고 레진과 섬유 사이의 결합을 보장하는 데 매우 중요하다. 기존의 수지침입 시스템은 "W 딥 배스" 또는 "닥터링 롤" 설계지만, 최근에는 폐기물을 줄이고 수지침입 효과를 극대화하며 복합 매트릭스 특성을 개선하기 위한 침침수 욕조에서 큰 발전이 있었다.^[5] 이는 기존 욕조에 비해 훨씬 우수한 함침과 수지 대 유리비 조절을 초래한다.

그런 다음 함침된 견인기는 말 그대로 제어된 패턴으로 맨드렐(몰드 코어) 주위에 감겨 부품의 모양을 만든다. 감은 후에 수지는 보통 열을 이용하여 경화된다. 금형 코어를 탈거하거나 부품의 일체형 구성 요소로 남겨둘 수 있다(Rosato, D.V.). 이 프로세스는 주로 파이프 및 탱크와 같은 속이 빈, 일반적으로 원형 또는 타원형 단면 부품에 사용된다. 압력 용기, 파이프, 구동축은 모두 필라멘트 권선을 사용하여 제조되었다. 손레이업, 풀트루션, 브레이딩 등 다른 섬유 적용 방법과 결합했다. 압축은 섬유 장력을 통해 이루어지며 수지 함량은 주로 계량된다. 섬유에 수지를 입힌 후 권선(습윤), 사전 임프로그래밍(건식 권선) 또는 사후 임프로그래밍할 수 있다. 습식 권선은 보관 수명이 길고 점도가 낮은 최저가 재료를 사용할 수 있는 장점이 있다. 미리 점등된 시스템은 보다 일관된 수지 함량을 가진 부품을 생산하며 종종 더 빨리 감길 수 있다.

섬유유리 텐셔너

섬유 장력은 복합 구조물을 만드는 데 있어 중요한 요소다. 스트랜드의 장력이 너무 낮으면 복합 라미네이트 구조물은 기계적 강도와 성능이 낮아진다. 장력이 너무 높으면 끈이 스탠드나 솜털이 닳는 현상이 나타날 수 있다.^{[clarification needed]} 과도한 장력으로 인해 라미네이트 내 수지 대 유리 비율도 허용되는 한계를 초과하여 증가하여 매체와 액체를 운반하는 용도에 부적합한 라미네이트가 발생할 수 있다.^{[clarification needed]}

섬유유리 텐셔너는^{[clarification needed]} 섬유유리 가닥이 담기 전 또는 후 위치에 따라 건조 또는 습윤 장력을 전달할 수 있다.

자재

유리섬유는 필라멘트 권선에 가장 많이 사용되는 섬유로 탄소섬유와 아라미드 섬유도 사용된다. 대부분의 고강도 중요 항공우주 구조물은 에폭시 또는 폴리우레탄 수지로 생산되며 에폭시, 폴리우레탄 또는 값싼 폴리에스테르 수지는 대부분의 다른 용도로 지정된다. 균열이나 결합 없이 지속적인 보강을 사용할 수 있는 능력은 확실한 장점이며, 이는 약 60%에서 80%의 높은 섬유 부피 분율을 얻을 수 있다. 필라멘트 상처 구조의 내부 표면만 외부 표면에서 2차 연산을 수행하지 않는 한 매끄러울 것이다. 이 성분은 보통 맨드렐을 제거하기 전에 고온에서 경화된다. 가공이나 연삭과 같은 마감 작업은 일반적으로 필요하지 않다(Furness, J, Azom.com).^{[citation needed]}

• 레진: 모든 예: 에폭시, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 빈니레스터, 페놀릭, 퓨란, 폴리이미드.
• 섬유: 유리, 아라미드, 탄소, 붕소 섬유. 섬유는 크릴에서 직선으로 사용되며 직물 형태로 짜거나 꿰매지 않는다.
• 코어: 모든 구성 요소가 일반적으로 단일 피부이긴 하지만.

위험

배출들

폴리에스테르와 비닐에스테르 수지 시스템을 사용하는 섬유유리 제조 공정의 직원들은 높은 수준의 스티렌이라는 여러 가지 위험에 노출되어 있다.^[6] 스티렌 배출 통제와 한도가 엄격해지면서 업계는 휘발성 용제가 없는 폴리우레탄과 같은 레진 시스템으로 서서히 이동하고 있다.(cn)

비스페놀 A

비스페놀 A(BPA)는 에폭시 수지 시스템의 핵심 성분이다. BPA는 내분비 교란으로 의심되는 물질로 많은 나라에서 젖병과 같은 제품에 사용되는 것이 금지되어 있다. BPA는 동물 연구에서 생식, 발달, 전신 독성물질이고 에스트로겐이 약하기 때문에, BPA가 특히 아이들의 건강과 환경에 미치는 잠재적인 영향에 대한 의문이 있다. US-EPA는 BPA 기반 재료 라이닝 워터 및 폐수 파이프에서 BPA에 대한 대체 분석을 시작할 계획이다. 이 애플리케이션은 인간과 환경에 노출될 가능성이 있기 때문이다.^[7] 파이프와 같은 에폭시 기반 복합재료의 BPA는 높은 온도에 노출되었을 때 유체 매체(물)로 유출될 수 있으며 우려의 원인이다.^{[citation needed]}

독성 및 유해 치료제

• MEKP는 심한 피부 자극성으로 진행성 부식 손상이나 실명을 유발하는 것으로 의심된다.^{[citation needed]}
• MDA (4, 4'-Diaminodephenyl 메탄)는 발암^{[citation needed]} 의심 물질이다.

참조

외부 링크

• Urethane Composite Group - 지반파쇄 필라멘트 권선 폴리우레탄 레진, 기술 및 장비
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