Bagaimana derek menyebar?

Saat artikel fitur “Penyebaran penyebaran derek” dicetak, Cerita Sampingan ini jauh berbeda, kebanyakan berbicara tentang seberapa banyak yang tidak kita ketahui tentang bagaimana derek menyebar. Dan kemudian saya menemukan sebuah artikel di buletin AZL NewsLIGHT #7:ITA berjudul “Proses penyebaran ultrasonik baru untuk memproses derek penguatan ”. Ternyata Institute for Textile Technology (ITA) di RWTH Aachen University (Aachen, Jerman) telah mempelajari metode spread tow sejak tahun 2011. “Kami mulai menguji semua berbagai metode untuk menyebarkan tow ke dalam tape dan melakukan banyak penelitian. pada faktor-faktor yang mempengaruhi masing-masing dan bagaimana mengoptimalkannya,” kata Wilko Happach, kepala kelompok riset Tapes di Divisi Komposit ITA. Hasilnya, ITA telah mengembangkan teknologi baru yang memungkinkan produksi berkecepatan tinggi — hingga 100 m/mnt — pita derek yang dibentangkan dengan variasi lebar yang jauh lebih sedikit berkat kontrol terintegrasi. ITA menyebut teknologi ini AutoTow .

Memahami teknik spread tow

ITA memulai penelitiannya dalam mengejar tape. “Kami telah melihat bahwa kain tenun dan noncrimp menghasilkan limbah pemotongan yang signifikan dan juga tidak memungkinkan untuk desain yang dioptimalkan,” kenang Happach. “Karena seratnya tidak semuanya diterapkan ke arah beban, seratnya terbuang sia-sia.” Oleh karena itu, timnya mulai melihat peletakan pita otomatis , tetapi ada kekurangan pasokan kaset dan pengetahuan pada saat itu, kata Happach. “Jadi kami membuatnya sendiri, memilih untuk mengembangkan kaset pengikat serat kering pertama." Namun, untuk melakukan ini, pertama-tama mereka harus memahami penyebaran.

Happach menjelaskan tiga metode dasar untuk menyebarkan roving menjadi pita yang lebih lebar dan tipis:

1. Menarik serat melewati batang penyebar menggunakan tegangan tinggi.
2. Penyebaran udara menggunakan slit nozzle.
3. Menerapkan ultrasonik atau getaran lainnya ke serat.

Teknologi Penyebaran dan Parameter Proses

• Jumlah batang sebar (3-5)
• Sudut melingkar di sekitar batang (90-180 °)
• Suhu batang
  (22-150 °C)
• Permukaan batang (dipoles, dilapisi TopoCrom atau dilapisi Bechem)
• Tegangan keliling keliling (hingga 2.000 centiNewton)

• Tekanan udara
  (0-6 bar)
• Sudut aliran udara (0-180 °)

• Jumlah bilah penyebaran aktif (3-5)
• Membungkus sudut di sekitar batang (1-120 °)
• Frekuensi ultrasonik (30 kHz)
• Intensitas amplitudo
  (50-100%)
• Tegangan keliling keliling (hingga 2.000 centiNewton)

SUMBER:ITA Tape Center, RWTH Aachen University.

Bilah penyebar tampaknya menjadi teknik tertua dan paling dasar, yang digunakan dalam paten 2001 yang diajukan oleh produsen serat karbon Zoltek. Happach mencatat bahwa pemasok peralatan Karl Mayer juga mengandalkan batang penyebar di mesin pita dan kain dereknya. “Masalah dengan metode ini adalah membatasi kecepatan produksi hingga 25 m/menit,” katanya. “Jika Anda mencoba naik lebih tinggi, gesekannya terlalu tinggi dan merusak filamen keliling. Penyebaran batang juga dibatasi dalam lebar penyebaran maksimum. Anda dapat menyebarkan roving hingga 3 kali lebar awalnya.”

Penyebaran udara , kata Happach, digunakan ketika lebar penyebaran maksimum diinginkan untuk berat area yang lebih rendah. “Aliran udara memisahkan filamen dan memungkinkan penyebaran hingga 6-7 kali lebar keliling awal dengan kerusakan filamen yang jauh lebih rendah karena gesekan lebih sedikit,” jelasnya. “Tidak ada penarikan serat melewati palang pada tegangan tinggi.”

Namun, ada batasan tergantung pada ukuran yang diterapkan pada kaca atau serat karbon. Happach menjelaskan, “Ukuran serat untuk epoksi dan resin termoset lainnya bisa lengket, sehingga proses penyebaran udara tidak dapat memisahkan filamen dengan mudah.” Dalam hal ini, pra-proses mungkin diperlukan untuk memecah ukuran sedikit. Namun, ukuran yang kompatibel dengan resin matriks termoplastik, yang juga termoplastik, tidak lengket sama sekali dan bertindak hampir seperti serat yang tidak berukuran. Dengan kata lain, tidak ada adhesi interfilamen. “Jadi ini mudah menyebar tetapi sulit ditangani karena cenderung berantakan,” catat Happach.

Penyebaran ultrasonik menggunakan prinsip dasar yang sama seperti batang penyebar tetapi dengan sonotrodes berbentuk setengah silinder, yang, menurut catatan Happach, “menghantarkan banyak energi. Keliling membungkus sonotrodes dan dengan menerapkan ultrasound, filamen bergetar dan mengendap di permukaan, menyebar. ” Teknik ini dapat menghasilkan rasio penyebaran yang lebih tinggi (yaitu, derek serat yang lebih besar menyebar ke pita yang sangat tipis dan lebar) tetapi tidak dapat digunakan dengan serat kaca atau serat karbon berbasis pitch karena terlalu rapuh dan akan pecah.

“Anda juga dapat menggunakan getaran frekuensi rendah yang diinduksi secara mekanis,” kata Happach, “dan panas dapat digunakan untuk melunakkan ukuran serat, memungkinkan filamen bergerak lebih mudah.”

Penarikan Otomatis

ITA mengembangkan AutoTow untuk mengatasi masalah dengan metode penyebaran dasar ini. Happach mencatat Tape Center bekerja sebagian besar dengan derek 24K, 50K, dan 60K (yang dia catat berasal dari Mitsubishi) karena efek penyebarannya paling tinggi. “Kami dapat mencapai kecepatan produksi yang lebih tinggi hingga 100 m/mnt karena kami dapat memutar batang penyebar individu hingga 80 m/mnt ," dia menjelaskan. “Jadi, kecepatan relatifnya adalah 20 m/menit, yang bagus untuk menyebar tanpa merusak filamen.”

Happach menunjukkan bahwa karena input roving/tow memiliki variasi , lebar tow spread output juga bervariasi. “Dengan pita prepreg, pemasok cukup memotong ujungnya. Tapi kami mulai dengan pita perekat kering, yang memiliki resin jauh lebih sedikit, jadi terlalu sulit untuk memotong ujungnya.” Tim Happach menyadari bahwa mereka membutuhkan cara yang lebih baik untuk mengontrol lebar penyebaran.

“Kami menggunakan kamera untuk mengukur lebar masuk dan keluar spreader,” jelasnya. “Sebuah algoritma menggunakan pengukuran lebar ini, kecepatan proses, dan faktor-faktor tertentu yang diketahui tentang setiap material untuk menghitung dan mengendalikan kecepatan dari masing-masing 5 batang berputar untuk terus menyesuaikan lebar pita. Kami dapat mengurangi variasi menjadi kurang dari 1 milimeter .”

“Kami juga dapat menyesuaikan sudut pembungkus dari keliling di sekitar setiap batang yang menyebar, "lanjut Happach, "tetapi tidak secara real-time." Jadi, ini lebih seperti kalibrasi untuk setiap proses produksi. “Yang lainnya dilakukan sebaris , ” dia berpendapat. “Jika Anda ingin beralih dari 25 mm menjadi 30 mm dengan lebar tunda, cukup masukkan angka itu dan dalam beberapa detik itu akan berubah selama produksi , dan dengan kecepatan tinggi, bahkan 100 m/mnt.”

Pengembangan masa depan

Tujuan Pusat Tape ITA adalah untuk memiliki rantai proses rekaman penuh dalam rangka mendukung perkembangan industri. “Tujuan kami adalah untuk menarik mitra industri untuk mengembangkan solusi baru bagi mereka,” jelas Happach. “Kami sedang dalam proses membangun jalur produksi tape dan lini produksi suku cadang juga. Kami ingin memiliki semua operasi:ukuran, penyebaran, produksi tape, peletakan dan curing tape otomatis.” Dia mengatakan ITA tidak akan pernah menjadi pemasok mesin atau fabrikator suku cadang. “Kami ingin mencapai produksi suku cadang lapis tipis yang ringan karena kami telah melihat lapisan yang lebih tipis , semakin tinggi sifat mekanik . Sekarang kami dapat memproduksi pita perekat kering dengan kecepatan tinggi dan tingkat kualitas tinggi, tujuan kami adalah menurunkan berat badan dan selanjutnya memproduksi termoplastik dan prepreg termoset kaset.”