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1. チューブ巻線工程の概要

このチュートリアルでは、チューブ巻き取り機でカーボンファイバープリプレグを使用してチューブ構造を成形し、高強度のチューブを製造するためにチューブ巻き取りプロセスを使用する方法を学びます。カーボンファイバーチューブこのプロセスは、複合材料メーカーで一般的に用いられています。

平行な側面を持つチューブや連続テーパーを持つチューブを製造したい場合は、チューブ巻き取りプロセスが最適です。適切なサイズの金属製マンドレルとオーブンさえあれば、お客様の特定の要件に合わせたカスタムカーボンファイバーチューブを作成できます。

ハンドルバーのような複雑な形状のカーボンファイバーチューブや、サスペンションフォークや自転車フレームのようなより複雑な管状フレーム構造の場合、分割成形技術が好ましい方法です。ここでは、分割成形技術を用いてこれらの複雑なカーボンファイバーチューブを製造する方法を実演します。

2. 金属マンドレルの加工と準備

• 金属製マンドレルの重要性

チューブ巻き取り工程を開始する前に、まず金属マンドレルを準備する必要があります。金属マンドレルはチューブの内径に合致している必要があり、表面の滑らかさと適切な前処理が非常に重要です。さらに、金属マンドレルは、その後の脱型工程を容易にするために、洗浄や離型剤の塗布などの適切な前処理を受ける必要があります。

チューブ巻き工程では、金属マンドレルが重要な役割を果たします。炭素繊維プリプレグスムーズな巻き取りを確保するため、適切なサイズの金属製マンドレルを事前に準備しておくことが重要です。炭素繊維はマンドレルの外周に巻き付けられるため、マンドレルの外径は製造する炭素繊維管の内径と一致していなければなりません。

• 離型剤を塗布する

離型剤は摩擦を低減し、スムーズな離型を可能にするため、マンドレル表面に均一に塗布する必要があります。金属マンドレルの準備が完了したら、次のステップは離型剤を塗布することです。一般的に使用される離型剤にはシリコーンオイルやパラフィンなどがあり、これらは炭素繊維と金属マンドレル間の摩擦を効果的に低減します。

準備した金属製マンドレルは、製品のスムーズな離型を可能にするため、徹底的に洗浄し、表面をできる限り滑らかにする必要があります。その後、離型剤をマンドレルの表面に均一に塗布してください。

3. 炭素繊維プリプレグの調製

• プリプレグの種類と利点

炭素繊維プリプレグだけが、高い巻取り精度と取り扱いやすさという要求を満たします。エポキシ樹脂含浸乾燥繊維などの他の種類の補強材も理論的には巻取り工程で使用できますが、実際には、この工程における高い精度と取り扱いやすさの要求を満たすことができるのは炭素繊維プリプレグだけです。

このチュートリアルでは、チューブの性能を向上させるために、特定のプリプレグ積層方法を使用します。

• プリプレグ積層設計

チューブの内側に織布プリプレグの層を敷き詰め、続いて一方向性プリプレグを数層重ね、最後にチューブの外側に織布プリプレグの層を敷設します。この積層構造により、織布プリプレグの繊維配向の利点を0°軸と90°軸で最大限に活用し、チューブの性能を大幅に向上させます。0°軸に配置された一方向性プリプレグの大部分は、パイプに優れた縦方向の剛性をもたらします。

4. パイプ巻き取り工程の流れ

• 巻き取り前の準備

プリプレグの積層設計が完了したら、パイプの巻線工程に進みます。プリプレグの加工工程では、PEフィルムと剥離紙を除去し、適切な重なり部分を確保します。この工程は、後続の巻線工程を円滑に進めるために非常に重要です。

• 巻線工程の詳細

巻き取り工程においては、プリプレグをスムーズに巻き取るために、金属芯軸を安定して配置し、均一な力を加えることが不可欠です。金属芯軸は、プリプレグの第一層の端に安定して配置し、均一な力を加えるようにしてください。

巻き取り工程において、脱型時の製品取り出しを容易にするため、両端に追加のプリプレグを巻き取ることができる。

• BOPPフィルム包装

プリプレグに加えて、BOPPフィルムは包装材としても使用できます。BOPPフィルムは圧縮圧力を高め、プリプレグを保護・密封します。BOPP包装フィルムを使用する際は、テープ同士の重なりを十分に確保することが重要です。

5. オーブン硬化プロセス

• 硬化温度と時間

プリプレグ炭素繊維強化材をしっかりと包装した後、オーブンに入れて硬化させます。プリプレグの種類によって硬化条件が異なるため、オーブンでの硬化中は温度制御が非常に重要です。この工程は、材料の安定性を確保し、性能を向上させるために不可欠です。

オーブン内の高温環境により、炭素繊維樹脂マトリックスと樹脂マトリックスが完全に反応し、強固な複合材料が形成される。

6. 除去および処理

BOPP包装フィルムを剥がした後、硬化した製品を取り出すことができます。BOPPフィルムは硬化後に剥がすことができます。必要に応じて、研磨や塗装によって外観を改善できます。さらに美観を高めるために、研磨や塗装などの仕上げ工程を追加で行うことができます。