Филаментная намотка – это технологический процесс изготовления выпуклых деталей методом укладки в строгом геометрическом порядке на поверхность оправки нити или ленты, пропитанной композитной смолой. Оправка вращается, раскладчик нити движется горизонтально, а сила натяжения нити может изменяться. В качестве материала намотки чаще всего используется углеродная нить или стекловолокно, покрытые синтетической смолой. После достижения требуемой толщины намотанного материала, заготовку с оправкой помещают в печь для высыхания. Когда смола затвердеет, оправку удаляют, оставляя готовое изделие.

По технологии филаментной намотки можно изготавливать изделия с очень сложной поверхностью, точно выдерживая геометрические размеры. При этом изделия, намотанные из углеродного волокна, стекловолокна или композитного материала, имеют прочность, превосходящую прочность стали, а массу значительно меньше аналогичных изделий, сделанных из металла.

Технология филаментной намотки хорошо подходит для автоматизации, поскольку силой натяжения нитей легко управлять. Участки, на которых наматываемый материал был сильно натянут, обладают высокой прочностью, в то время как участки, состоящие из материала меньшей степени натяжения, характеризуются большей гибкостью.

Порядок раскладки и ориентация нитей (ленты) также может настраиваться с высокой точностью, обеспечивая наложение каждого нового слоя под углом к предыдущему. Угол, под которым зафиксирован слой наматываемого материала, влияет на свойства конечного продукта. Большой шаг раскладки придает изделию хрупкость, в то время как небольшой  шаг обеспечит большую прочность на разрыв.

Первоначально технологические процессы намотки применялись при производстве корпусов ракет, деталей носовой части и фюзеляжей самолетов, других изделий военного назначения. Однако, со временем универсальность  технологии и прочность получаемых конструкций оценили и в других отраслях промышленности.

В настоящее время по этой технологии производится множество изделий: клюшки, трубы, весла, велосипедные рамы, электрические изоляторы, сосуды высокого давления, фюзеляжи самолетов и кили лодок, различные корпусные детали, фонарные столбы,  различные мачты и многое другое.

В процессе филаментной намотки непрерывный стеклоровинг, тканые стеклоленты или однонаправленная стеклоткань пропитываются неким связующим. Эти смоченные волокна наносятся на внешнюю поверхность вращающегося дорна в определенном порядке и с контролируемым натяжением.

Изготовленные трубы, емкости, короба имеют малый вес, превосходные характеристики текучести, они легки в эксплуатации, обладают хорошими изолирующими свойствами, невысокими эксплуатационными затратами и хорошей химостойкостью. Во множестве случаев они производятся методом намотки.

В намотке используется непрерывный армирующий материал для получения достаточного запаса прочности (весовое содержание армирующего материала колеблется в пределах от 40 до 80% в зависимости от области применения изделия). Ровинг с катушки подается в пропиточную ванну со смолой и отвердителем, а затем наматывается на специально сконструированный для данного конкретного изделия дорн.

При производстве цилиндрической части изделия филаментной намоткой на вращающейся оправке, толщина формируемой стенки должна быть достаточной, чтобы обеспечить необходимую жесткость изделия. Толщина стенки определяется в зависимости от диаметра ёмкости.

Ламинирование концевых заглушек происходит посредством ручного формования на вращающейся опоре и методом вакуумной инфузии.

Цилиндрическая оправка должна быть удалена после отверждения.

Две концевые заглушки должны быть присоединены посредством инжекционного склеивания к обоим концам цилиндра, и всё изделие должно быть установлено на 4-х координатный намоточный станок.

После этого намотка армирующего материала может быть начата.

Когда первый армирующий слой будет сформирован (толщина слоя согласно конструктивному расчету), на ещё мокрый ламинат должна быть намотана объёмная стеклоткань с  трехмерной структурой.

Как только стеклоткань будет пропитана, материал увеличится в объёме примерно на 5 мм, что обеспечит открытое межкольцевое пространство. Следующие слои  стекловолокна могут быть намотаны сразу после применения объёмной трехмерной стеклоткани. Стекловолокно наматывается до достижения необходимой толщины стенки.

Ровинг наматывается на дорн в несколько слоев до достижения требуемой толщины и угол намотки обычно составляет от 25 до 85 град к оси вращения. Однако ровинг может наматываться продольно, по окружности, по спирали или в комбинации трех указанных способов. Угол намотки зависит от требований, предъявляемых к прочности изделия. Методом намотки можно получить любую форму изделия при условии, что намотка производится с натягом.

Возможно получать круглую, плоскую, треугольную, коническую формы и форму кольца. Но наиболее распространенными являются изделия цилиндрической формы. Они используются в производстве труб и емкостей диаметром до 10 метров. Конфигурация внутренней поверхности структуры, изготовленной методом намотки, может отличаться от внешней. Примером такой намотки может служить изготовление сосудов высокого давления, где ребра жесткости наматываются непосредственно на поверхность внутренней стенки.

В обычных условиях, однако, толщину стенки изделий, изготавливаемых методом намотки, выдерживают постоянной, т.к. неравномерность толщины стенки имеет тенденцию создавать межламинатные напряжения, что приводит к преждевременному износу изделий.

Толщину стенки можно контролировать с точностью до 0,4 мм посредством последующей механической обработки. Однако, при определенных условиях, механическая обработка снижает прочностные характеристики и стойкость к атмосферным воздействиям.

 Исходя из предполагаемого характера нагрузок, структура намотки может быть выполнена несколькими различными способами. Характер нагрузки определяет вид используемой модели, число слоев намотки, направление и распределение витков там, где нужно противостоять направленным нагрузкам и объем армирующего материала в тех участках, где вероятны знакопеременные нагрузки.

При подготовке статьи использован материал сайта http://www.roscompipe.ru/