在本教程中，您可以学习如何使用金属芯轴、碳纤维预浸料和BOPP缠绕膜，通过卷管工艺制作碳纤维管。
卷管工艺简单来说就是将碳纤维预浸布在卷管机上热卷成型。复合材料制造商使用卷管工艺生产高强度碳纤维管。如果您想要制作的管子具有平行的侧面或连续的锥度，则可以使用卷包工艺制作您自己的定制碳纤维管，您只需要准备好合适尺寸的金属芯轴和烘箱即可。
相反，如果您需要制作不直的碳纤维管（例如车把）或更复杂的管状车架结构（例如悬挂叉臂或自行车车架），请查看上一期的教程。
【图文教程 视频详解】如何分模制作复杂的碳纤维管
下面开始本教程的讲解
1.金属芯轴的准备及处理
金属芯轴
卷管过程涉及将碳纤维预浸料缠绕在金属芯轴上，因此需要提前准备合适尺寸的金属芯轴。由于碳纤维将缠绕在芯轴的外侧，因此芯轴本身的外径需要与您将使用它制造的碳纤维管的内径相匹配。碳纤维管的外径将由缠绕在芯轴上的碳纤维预浸料层数和厚度决定。
在视频中，我们使用铝芯轴，因为铝的高热膨胀系数 (CTE) 使其非常适合卷管工艺。可以使用钢或其他金属，但具有更高 CTE 的金属会使该过程更容易。
如果您想生产锥形碳纤维管，那么您很可能需要使用车床车削实心铝棒以制造锥形芯轴。
2. 涂覆脱模剂
涂覆脱模剂
一旦您拥有正确尺寸的芯轴，请确保它完全干净且尽可能光滑以方便产品脱模。然后应使用脱模剂均匀涂覆在芯轴表面（后续方便产品脱模）。
3. 准备碳纤维预浸料
尽管理论上可以使用替代类型的增强材料，例如用环氧树脂浸湿的干织物，但实际上只有碳纤维预浸料才能提供卷包装过程所需的精确性和易处理性。
在本教程中，我们在管的内侧使用一层编织预浸料（图中1），然后是几层单向预浸料（图中2），最后在管外侧再次使用编织预浸料（图中3）。因为编织预浸料的纤维在 0° 轴（管的长度向下）和 90° 轴（围绕管的圆周）定向，这些层为管增加了所谓的箍强度，使管不易受到挤压或爆裂力和分裂的影响。在 0° 轴上的大部分单向预浸料使管具有纵向刚度。
注意：预浸料的长度应大于您所需产品长度，以确保后续有加工取长的余量。
通过改变叠层以包括更多或更少的编织层，或者通过改变或交替单向层的方向，允许管的性能针对其特定用途精确优化。例如，用于传动轴的管将主要遇到扭转力，因此单向纤维可以离轴对齐，例如±45°，专门用于处理这些力。
4. 卷管过程
将预浸料去除PE膜和离型纸，然后按顺序放好，注意预留搭接区（3-5mm即可）。
将金属芯轴平行置于第一层预浸料边沿，均匀用力，将金属芯轴向前卷绕。也可以使用塑料板放在金属芯轴上，这样金属芯轴受力更均匀。
端头部分可以多缠绕一些预浸料，后续产品不好脱模，可以利用此处取出产品。
5. 缠绕BOPP缠绕膜
一旦预浸料碳纤维增强材料尽可能紧密地缠绕在芯轴上，然后用BOPP缠绕膜将增强材料紧紧包裹起来，以提供进一步的固结。
使用BOPP缠绕膜时，确保有大量重叠很重要。胶带的每一圈只沿管子向下推进几毫米。虽然手工制作很耗时，但当胶带在固化过程中收缩时，以这种方式进行大量重叠将提供更大的固结压力。
6. 烤箱固化
除了芯轴外，在考虑在完整生产环境之外进行卷包过程时，有一个烘箱来固化管子可能是主要的限制因素。然而，与其他预浸料工艺不同，卷管工艺不需要精确的温度控制或经常需要的多步升温固化周期。该过程也不需要抽真空。因此，对烘箱固化卷管的唯一要求是基本的温度控制和足够的尺寸以适合管子。根据您想要制作的管子的尺寸，从家用烤箱到粉末涂层烤箱都可以使用。
在视频教程中，我们使用的是精密复合材料固化炉。将缠好BOPP缠绕膜的产品装入 120°C温度的烘箱中，并使其固化 1 小时 30 分钟（不同的预浸料固化温度和时间不同，请根据预浸料使用说明设置温度和时间）。
7. 取出产品
去除BOPP缠绕膜，然后取出产品，如需外观，可以进行打磨喷漆等处理！
本文素材来源：Easy Composites ，由复合材料前沿翻译、修改及完善。本公众号已获得使用授权，视频及图片版权归原作者所有。
本文作者：李彬彬
DT新材料行业分析师，郑州大学硕士，制造类中级工程师，主要聚焦碳纤维等高性能纤维复合材料及绿色复合材料行业研究工作
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