Comment fabriquer un tube en fibre de carbone enveloppé en rouleau

Le processus d'emballage en rouleau consiste à enrouler de la fibre de carbone préimprégnée autour d'un mandrin métallique. Le point de départ est donc d'avoir un mandrin métallique du diamètre correct pour la taille de tube que vous souhaitez créer. Étant donné que la fibre de carbone sera enroulée autour de l'extérieur du mandrin, le mandrin lui-même doit avoir un diamètre extérieur qui correspond au diamètre intérieur du tube en fibre de carbone pour lequel vous l'utiliserez. Le diamètre extérieur de votre tube en fibre de carbone sera déterminé par la quantité de renfort (le nombre de couches) que vous enroulez autour du mandrin.

Dans la vidéo, nous utilisons un mandrin en aluminium car le coefficient de dilatation thermique (CTE) élevé de l'aluminium le rend bien adapté au processus d'emballage en rouleaux. L'acier ou d'autres métaux peuvent être utilisés, mais les métaux avec un CTE plus élevé faciliteront le processus.

Si vous souhaitez produire un tube conique en fibre de carbone, vous devrez probablement utiliser un tour pour démonter une tige en aluminium solide afin de créer un mandrin conique.

Une fois que vous disposez d'un mandrin de taille correcte, assurez-vous qu'il est complètement propre et aussi lisse que possible pour faciliter l'extraction. Le mandrin doit ensuite être soigneusement préparé à haute température agent de démoulage chimique, comme Easy-Lease.

Bien qu'en théorie il soit possible d'utiliser d'autres types de renforts, comme un tissu sec imbibé d'une résine époxy, en pratique, seule la fibre de carbone préimprégnée offre la précision et la facilité de manipulation requises pour le processus d'emballage en rouleau.

Dans le tutoriel nous utilisons une couche de XPREG® Préimprégné tissé XC110 210g à l'intérieur du tube, suivi de plusieurs couches de Préimprégné unidirectionnel XC130 300g, fini avec une dernière couche de préimprégné tissé XC110 210g à nouveau à l'extérieur du tube. Étant donné que le préimprégné tissé comporte des fibres orientées dans l'axe 0° (sur toute la longueur du tube) et dans l'axe 90° (autour de la circonférence du tube), ces couches ajoutent ce que l'on appelle force du cerceau au tube, ce qui rend le tube moins vulnérable aux forces d'écrasement ou d'éclatement et aux éclats. L'essentiel du renfort, dans l'axe 0°, confère au tube sa rigidité longitudinale.

En modifiant la superposition pour inclure plus ou moins de couches tissées ou en changeant ou en alternant l'orientation des plis unidirectionnels, les performances du tube peuvent être optimisées avec précision pour son utilisation spécifique. Par exemple, un tube pour un arbre de transmission sera principalement confronté à des forces de torsion et la fibre unidirectionnelle peut donc être alignée hors axe, à 45° par exemple, spécifiquement pour gérer ces forces.

Une fois que le renfort en fibre de carbone préimprégné a été enroulé aussi étroitement que possible autour du mandrin, le renfort est ensuite étroitement enveloppé avec un ruban rétractable pour composites pour permettre une consolidation plus poussée.

Lors de l'application du ruban rétractable, il est important de s'assurer qu'il y a beaucoup de chevauchement. Chaque enroulement du ruban n'avance que de quelques millimètres dans le tube. Bien que cela prenne du temps à faire à la main, avoir beaucoup de chevauchement de cette manière fournira une pression de consolidation beaucoup plus importante lorsque la bande se contractera pendant le durcissement.

Outre le mandrin, le fait de disposer d'un four pour durcir le tube est probablement le principal facteur limitant lorsque l'on envisage le processus d'emballage de rouleaux en dehors d'un environnement de production complet. Cependant, contrairement à d'autres processus de préimprégnés, le processus d'emballage au rouleau ne nécessite pas de contrôle précis de la température ni de cycles de durcissement en plusieurs étapes « rampe et trempage » souvent nécessaires. Le processus ne nécessite pas non plus une ligne de vide active dans le four. Par conséquent, les seules exigences pour qu'un four durcisse des tubes enveloppés en rouleaux sont un contrôle de base de la température et une taille suffisante pour y insérer le tube. Selon la taille du tube que vous souhaitez fabriquer, n'importe quoi, du four domestique au four de revêtement en poudre. pourrait être utilisé.

Dans le didacticiel vidéo, nous utilisons notre Four de polymérisation de composites de précision OV301. Le préimprégné XPREG XC110 est chargé dans le four à 120°C, température plate, et laissé durcir pendant 1h30.