In Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Industrierohrleitungen und Fahrzeugen für neue Energieträger verändern gewickelte Rohre aus Kohlefaser langsam die Art und Weise, wie Dinge hergestellt werden. Um dieses Material herzustellen, bringt man Kohlefasern in eine bestimmte Form. Es besteht aus Kohlefaser, was es sehr stark, leicht und rostbeständig macht. Die Fabriken, die Kohlefasern und Wickelrohre herstellen, sind die Hauptantriebskräfte dieser Materialrevolution. Dieser Artikel wird alle Unklarheiten über dieses „Material der Zukunft“ beseitigen, indem er es aus drei verschiedenen Blickwinkeln betrachtet: wie es funktioniert, wo es verwendet werden kann und was die Industrie damit macht.
Kohlefaser ist so stark wie Stahl, aber viel leichter.
Die kleine Struktur der Kohlefaser verleiht ihr ihre „Superkräfte“. Diese Fasern bestehen aus Kohlenstoffatomen und sind nur 5 bis 10 Mikrometer breit. Aber im Hinblick auf das Verhältnis von Festigkeit zu Dichte sind sie mehr als fünfmal stärker als Stahl. In Fabriken, die Wickelschläuche herstellen, findet man Kohlefasern meist in langen Strängen. Um eine röhrenförmige Struktur herzustellen, werden diese Filamente mit Harz getränkt und dann in einem bestimmten Winkel umeinander gewickelt. Dieses Verfahren behebt nicht nur häufige Schweißprobleme bei Metallrohren, sondern macht das Rohr auch in axialer Richtung stärker, in Umfangsrichtung steifer und verdreht sich weniger leicht, indem die Wickelwinkel sorgfältig geändert werden (z. B. 0°, ±45° und 90°).
Die „Metamorphose“ von der Faser zum Rohr: Die grundlegende Technologie zur Herstellung von Wickelrohren
Man kann das Material nicht einfach „aufrollen“, um einen Kohlenstofffaser-Wickelschlauch herzustellen. In einer Filamentwickelanlage gibt es vier Hauptschritte: Vorbereitung der Fasern, Herstellung des Harzes, Wickeln und Formen sowie Aushärten und Entformen.
1. Faservorbehandlung: Bei Kohlenstofffasern werden Plasmaätzungen und andere Behandlungen durchgeführt, damit das Harz besser an den Fasern haftet und verhindert, dass sich die Schichten lösen.
2. Harzformulierung: Die Art des Harzes, das zur Herstellung der Pfeife verwendet wird, hängt davon ab, wofür sie verwendet wird. Zwei Beispiele sind Phenol- und Epoxidharze. Außerdem wird die **Menge der Härter sorgfältig kontrolliert**, um sicherzustellen, dass das Rohr auch an heißen oder korrosiven Orten gut funktioniert.
3. Wickeln und Formen: Eine CNC-Filamentwickelmaschine wickelt in Harz getränkte Kohlenstofffasern in bestimmten Winkeln und Spannungen um einen Dorn, um eine Struktur mit vielen Schichten zu erzeugen.
4. Aushärten und Entformen: Durch das Einlegen des gewickelten Rohrs in einen heißen Ofen wird das Harz vollständig vernetzt. Anschließend wird das Rohr aus der Form genommen, um ein Produkt herzustellen, das gut funktioniert und eine Genauigkeit von ±0,1 mm aufweist.
Anwendungsszenarien: Ein flexibler Performer – von „Untergrund“ bis „Aufbruch in die Lüfte“
Viele Unternehmen glauben, dass gewickelte Kohlefaserrohre das „ideale Material“ seien, weil sie „stark und leicht“ seien.
• Luft- und Raumfahrt: Beim Einsatz für Teile wie Raketentreibstoffleitungen und Satellitenträgerstrukturen können gewickelte Kohlefaserrohre das Gewicht um 40 bis 60 % senken. Dadurch kann es viel mehr Gewicht tragen.
• Fahrzeuge mit neuer Energie: Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge können Drücke von bis zu 70 MPa bewältigen, ohne dass die Gefahr einer Wasserstoffversprödung besteht, die bei normalen Metalltanks auftritt. Aus diesem Grund verwenden sie Rohre aus Kohlefaserfilamenten, um ihre Wasserstoffspeichertanks herzustellen.
• Industrielle Rohrleitungen: Filamentgewickelte Rohre aus Kohlefaser sind eine bessere Wahl als normale Edelstahlrohre für die chemische Verarbeitung und den Schiffsbau. Sie können mehr als 20 Jahre halten und rosten nicht so leicht in Chemikalien oder Salzwasser.
Umweltschonende Herstellung und intelligente Upgrades sind zwei Trends in der Branche.
Die „Metamorphose“ von der Faser zum Rohr: Die grundlegende Technologie zur Herstellung von Wickelrohren
Man kann das Material nicht einfach „aufrollen“, um einen Kohlenstofffaser-Wickelschlauch herzustellen. In einer Filamentwickelanlage gibt es vier Hauptschritte: Vorbereitung der Fasern, Herstellung des Harzes, Wickeln und Formen sowie Aushärten und Entformen.
1. Faservorbehandlung: Bei Kohlenstofffasern werden Plasmaätzungen und andere Behandlungen durchgeführt, damit das Harz besser an den Fasern haftet und verhindert, dass sich die Schichten lösen.
2. Harzformulierung: Die Art des Harzes, das zur Herstellung der Pfeife verwendet wird, hängt davon ab, wofür sie verwendet wird. Zwei Beispiele sind Phenol- und Epoxidharze. Außerdem wird die **Menge der Härter sorgfältig kontrolliert**, um sicherzustellen, dass das Rohr auch an heißen oder korrosiven Orten gut funktioniert.
3. Wickeln und Formen: Eine CNC-Filamentwickelmaschine wickelt in Harz getränkte Kohlenstofffasern in bestimmten Winkeln und Spannungen um einen Dorn, um eine Struktur mit vielen Schichten zu erzeugen.
4. Aushärten und Entformen: Durch das Einlegen des gewickelten Rohrs in einen heißen Ofen wird das Harz vollständig vernetzt. Anschließend wird das Rohr aus der Form genommen, um ein Produkt herzustellen, das gut funktioniert und eine Genauigkeit von ±0,1 mm aufweist.
Anwendungsszenarien: Ein flexibler Performer – von „Untergrund“ bis „Aufbruch in die Lüfte“
Viele Unternehmen glauben, dass gewickelte Kohlefaserrohre das „ideale Material“ seien, weil sie „stark und leicht“ seien.
• Luft- und Raumfahrt: Beim Einsatz für Teile wie Raketentreibstoffleitungen und Satellitenträgerstrukturen können gewickelte Kohlefaserrohre das Gewicht um 40 bis 60 % senken. Dadurch kann es viel mehr Gewicht tragen.
• Fahrzeuge mit neuer Energie: Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge können Drücke von bis zu 70 MPa bewältigen, ohne dass die Gefahr einer Wasserstoffversprödung besteht, die bei normalen Metalltanks auftritt. Aus diesem Grund verwenden sie Rohre aus Kohlefaserfilamenten, um ihre Wasserstoffspeichertanks herzustellen.
• Industrielle Rohrleitungen: Filamentgewickelte Rohre aus Kohlefaser sind eine bessere Wahl als normale Edelstahlrohre für die chemische Verarbeitung und den Schiffsbau. Sie können mehr als 20 Jahre halten und rosten nicht so leicht in Chemikalien oder Salzwasser.
Umweltschonende Herstellung und intelligente Upgrades sind zwei Trends in der Branche.