फिलामेंट वाइंडिंग में निरंतर मजबूत करने वाले तंतुओं को घूमते साँचे पर नियंत्रित पथों में बिछाकर खोखली कंपोज़िट संरचनाएँ बनाई जाती हैं। इसकी शब्दावली तीन निर्णय जोड़ती है: कौन-सी सामग्री बिछानी है, कहाँ बिछानी है और तैयार लैमिनेट की जाँच कैसे करनी है। पाइप, टैंक, खंभे और दाब पात्र अनेक शब्द साझा करते हैं, हालांकि उनकी निर्माण सीमाएँ अलग होती हैं।

1. फाइबर की रील से मैंड्रेल तक

मैंड्रेल — आकार देने वाला उपकरण जो तंतु बिछाने को सहारा देता है और अंदर की ज्यामिति निर्धारित करता है। यह बाहर निकाले जाने योग्य, समेटने योग्य या नष्ट करके हटाए जाने वाला हो सकता है।

लाइनर — भीतरी अवरोधक परत जो उत्पाद में बनी रह सकती है। लाइनर आवश्यक रूप से भार उठाने वाली संरचनात्मक परत नहीं होता।

क्रील, टेंशनर और डिलीवरी आई — क्रील फाइबर रीलों को थामता है, टेंशनर खींचने का बल नियंत्रित करता है और डिलीवरी आई बैंड को सतह की ओर निर्देशित करती है। [1]

वेट वाइंडिंग में उत्पादन के दौरान सूखे तंतुओं पर तरल रेज़िन लगाया जाता है। Towpreg में आपूर्ति के समय ही रेज़िन शामिल होता है। थर्मोप्लास्टिक वाइंडिंग में थर्मोसेट की क्योरिंग प्रतिक्रिया के बजाय उचित गर्म करने और सघन बनाने की व्यवस्था चाहिए। प्रक्रिया के चुनाव से हैंडलिंग, भंडारण और ताप संबंधी आवश्यकताएँ बदलती हैं। [2, 3]

2. मजबूत करने वाले तंतुओं और रेज़िन की शब्दावली

फिलामेंट, स्ट्रैंड, रोविंग और टो — फिलामेंट एक अकेला तंतु है। बड़े समूहों को सामग्री और आपूर्तिकर्ता की शब्दावली के अनुसार स्ट्रैंड, रोविंग या टो कहा जाता है।

टेक्स और K संख्या — टेक्स प्रति 1,000 मीटर की लंबाई पर ग्राम में द्रव्यमान बताता है। कार्बन टो का 12K जैसा संकेत लगभग 12,000 फिलामेंट बताता है; यह बंडल की चौड़ाई निर्धारित नहीं करता।

बैंड की चौड़ाई — बिछाए गए तंतुओं की चौड़ाई, जो बिछाने की दिशा के लंबवत मापी जाती है। कई बंडल मिलकर एक बैंड बना सकते हैं। [1]

मैट्रिक्स — तंतुओं के आसपास रेज़िन का निरंतर भाग। इसकी प्रसंस्करण सीमा और क्योरिंग के बाद के गुण निर्माण तथा उपयोग के दौरान व्यवहार को प्रभावित करते हैं।

इम्प्रेग्नेशन और वेट-आउट — इम्प्रेग्नेशन रेज़िन को तंतु समूह के भीतर पहुँचाता है। वेट-आउट बताता है कि रेज़िन तंतुओं को कितनी अच्छी तरह भिगोता है। केवल चमकदार सतह से पूर्ण भीतरी इम्प्रेग्नेशन सिद्ध नहीं होता।

पॉट लाइफ और जेल समय — पॉट लाइफ बताई गई परिस्थितियों में मिश्रण के उपयोग योग्य कार्य समय को कहते हैं। जेल समय जेल-जाल बनने को दर्शाता है। इनमें से कोई भी लैमिनेट के अंतिम गुण मिल जाने का संकेत नहीं है।

क्योरिंग चक्र और पोस्ट-क्योर — निर्धारित तापीय कार्यक्रम थर्मोसेट मैट्रिक्स विकसित करता है। आवश्यक गुण पाने के लिए बाद में पोस्ट-क्योर की जरूरत हो सकती है। रेज़िन आपूर्तिकर्ता के सत्यापित कार्यक्रम का पालन करें।

3. वाइंडिंग कोण: संदर्भ दिशा हमेशा बताएँ

यहाँ अक्षीय दिशा 0° और परिधीय दिशा 90° है। +α तथा −α संकेत घोषित निर्देशांक प्रणाली में विपरीत ढलान दिखाते हैं। ये अपने आप स्पिंडल को दक्षिणावर्त या वामावर्त घुमाने का आदेश नहीं देते। ड्रॉइंग, सिमुलेशन और CNC प्रोग्राम में परस्पर संगत संदर्भ होने चाहिए। [1]

4. हूप, हेलिकल और पोलर वाइंडिंग

हूप वाइंडिंग तंतुओं को लगभग परिधीय दिशा में रखती है और उस दिशा के भार उठाने में प्रभावी होती है। थोड़ा अक्षीय फीड पास-पास के चक्करों को सिलिंडर की लंबाई में फैलाता है। हेलिकल वाइंडिंग घुमाव और लंबाई की गति मिलाकर तिरछे पथ बनाती है; उलटे पासों से तंतुओं की दिशाएँ एक-दूसरे को काट सकती हैं। पोलर वाइंडिंग सिरों के ऊपर से और ध्रुवीय छिद्रों के चारों ओर जाती है। इसकी व्यवहार्यता ज्यामिति और मशीन व्यवस्था पर निर्भर करती है। [2]

डोम और बॉस — डोम दाब पात्र के सिरे का घुमावदार भाग है। बॉस छिद्र तथा उसके आसपास की लिपटी संरचना से जुड़ा सिरा-फिटिंग होता है।

जियोडेसिक पथ — सतह की अपनी ज्यामिति में स्थानीय रूप से सीधा पथ। सामान्य घुमावदार सतह पर यह बगल से देखने में सीधी रेखा जैसा दिखना जरूरी नहीं है।

गैर-जियोडेसिक पथ — जियोडेसिक से हटने वाला पथ, जिसके लिए घर्षण या अन्य प्रक्रिया तंत्र से पार्श्व पकड़ की आवश्यकता हो सकती है। खींचा गया पथ यह सिद्ध नहीं करता कि तंतु वास्तव में उसी स्थान पर रहेगा।

5. गति, पिच और वेग

नियत व्यास D वाले आदर्श सिलिंडर पर, बिना फिसलन और स्थिर बिछाव की स्थिति में, सतह की ज्यामिति देती है:

tan(α) = πDn / vₐ तथा p = vₐ / n

यहाँ n स्पिंडल की गति चक्कर/मिनट में, vₐ अक्षीय बिछाव वेग mm/min में, D व्यास mm में और p प्रति चक्कर अक्षीय बढ़त mm/चक्कर में है। इसलिए tan(α) = πD/p है। ये संबंध सिलिंडर पर बिछाव का पथ बताते हैं; डोम की गति या दिशा पलटने के क्षेत्रों को मॉडल नहीं करते।

उदाहरण: D = 200 mm, n = 10 rpm और α = 60° पर vₐ ≈ 3,628 mm/min तथा p ≈ 362.8 mm/चक्कर मिलता है। यदि गति अनुपात स्थिर रहते हुए व्यास बढ़े, तो कोण बदलता है। इसलिए लैमिनेट मोटा होने के साथ नियंत्रक गति में संशोधन कर सकता है।

6. पास, सर्किट और पैटर्न का बंद होना

एक रेवोल्यूशन स्पिंडल का एक पूरा चक्कर है। पास सामान्यतः एक दिशा की चाल को कहते हैं। सर्किट में प्रायः आगे और वापस आने की चाल शामिल होती है। “साइकिल” का अर्थ एक जैसा नहीं है: निर्माता इसे सर्किट, पुनरावृत्ति या किसी अन्य प्रोग्राम की क्रिया के लिए इस्तेमाल कर सकता है। गिनती के साथ परिभाषा लिखें; एक साइकिल को अपने आप एक चक्कर न मानें।

जब बिछाव पथों का क्रम अपने दोहराव संबंध में वापस आता है, तब पैटर्न बंद होता है। पैटर्न बंद होना और पूरा कवरेज अलग जाँच हैं; दोहराते पैटर्न में भी खाली जगह बच सकती है। इंडेक्सिंग लगातार बिछावों के बीच नियंत्रित परिधीय विस्थापन है। टर्नअराउंड सिरे का वह क्षेत्र है जहाँ चाल की दिशा बदलती है; वहाँ कोण, वेग और स्थानीय मोटाई मध्य सिलिंडर से अलग हो सकते हैं।

कवरेज — निर्धारित सतह का कितना भाग बिछाए गए बैंड ढकते हैं। इसकी जाँच उपयोगी लंबाई और सिरों पर करें।

प्लाई या परत — संरचनात्मक अथवा निर्माण उद्देश्य से तंतुओं का समूह। बताएँ कि एक परत एक दिशा, ±α जोड़ा या पूरा कवरेज क्रम दर्शाती है।

लैमिनेट और स्टैकिंग क्रम — पूरी परतदार संरचना तथा दिशाओं का क्रम। उदाहरण के लिए [ +55 / −55 / 90 ] तीन दिशाएँ बताता है; मोटाई और पुनरावृत्ति अलग से तय करनी होंगी।

संतुलित और सममित — संतुलित लैमिनेट में +α और −α के संगत योगदान होते हैं। सममित लैमिनेट मध्य तल के दोनों ओर दर्पण जैसा होता है। एक गुण से दूसरा अपने आप सिद्ध नहीं होता।

7. उपयोगी लंबाई और ट्रिमिंग के लिए अतिरिक्त सामग्री

उपयोगी लंबाई तैयार भाग में बचती है। ट्रिमिंग अलाउंस निर्माण के बाद हटाई जाने वाली अतिरिक्त सामग्री है। दोनों को कैरिज की कुल चाल से अलग रखें, जिसमें प्रवेश, दिशा पलटना और हटने की गतियाँ शामिल हो सकती हैं।

8. उत्पादन में महत्वपूर्ण गुणवत्ता शब्द

फाइबर आयतन अंश Vᶠ — तंतुओं का आयतन, कंपोज़िट के कुल आयतन से भाग देने पर मिलता है। यह द्रव्यमान अंश से अलग है; परिवर्तन के लिए घटकों के घनत्व और खाली जगहों का सुसंगत हिसाब आवश्यक है।

वॉइड मात्रा — अंदर के खाली आयतन का अनुपात। उचित मापन विधि आवश्यक है; केवल सतह देखकर इसे निर्धारित नहीं किया जा सकता।

रेज़िन-समृद्ध क्षेत्र और सूखा क्षेत्र — पहले में अपेक्षाकृत कम तंतु होते हैं। दूसरे में रेज़िन का इम्प्रेग्नेशन पर्याप्त नहीं होता। स्वीकार्यता उत्पाद की आवश्यकताओं पर निर्भर करती है।

तंतुओं की लहरदारता और फिसलन — लहरदारता नियत संरेखण से विचलन है। फिसलन तंतुओं का निर्धारित बिछाव स्थान से खिसकना है।

डीलैमिनेशन — लैमिनेट की परतों का एक-दूसरे से अलग होना। यह सतही खरोंच या पास-पास के बैंडों के बीच की खाली जगह से अलग है।

तनन बल और संघनन — तनन बल मजबूत करने वाले तंतुओं पर लगाया गया खिंचाव है। संघनन बिछाई गई सामग्री के सघन होने को दर्शाता है। तनन बल इसे प्रभावित करता है, लेकिन संबंध वक्रता, कोण और सामग्री के व्यवहार पर भी निर्भर है। [2]

9. स्पष्ट वाइंडिंग विनिर्देश कैसे लिखें

उपयोगी रेसिपी में भाग की ज्यामिति, सामग्री, कोण का संदर्भ, बिछे बैंड की चौड़ाई, तनन बल का आधार, गति सीमाएँ, क्रम, गिनती की परिभाषाएँ, सिरों का उपचार, क्योरिंग कार्यक्रम और जाँच मानदंड हों। X, Y, Z और A जैसे अक्षों के नाम मशीन पर निर्भर हैं; अक्षरों का सार्वभौम अर्थ मानने के बजाय उनके वास्तविक कार्य बताएँ।

उदाहरण: “सिलिंडर वाले भाग पर मैंड्रेल अक्ष के सापेक्ष ±60° पर वाइंडिंग करें। एक सर्किट का अर्थ एक आगे और एक वापस आने वाला पास है। निर्धारित संख्या पूरी करें और उपयोगी लंबाई में कवरेज जाँचें। बिछे बैंड की चौड़ाई, प्रत्येक बंडल का तनन बल और वास्तविक व्यास दर्ज करें। दिशा पलटने तथा क्योरिंग की स्वीकृत रेसिपी अपनाएँ।” संबंधित भाग के संख्यात्मक मान और स्वीकार्यता सीमाएँ जोड़ें।

संदर्भ और अतिरिक्त पठन

[1] Cadfil. Filament Winding Glossary. https://www.cadfil.com/help/html/glossary.htm

[2] University of Plymouth, MATS347. Filament winding and pultrusion. https://ecm-academics.plymouth.ac.uk/jsummerscales/MATS347/MATS347C9%20FWpult.htm

[3] Polar Technology. Filament Winding. https://www.polartechnology.co.uk/capabilities/filament-winding/

सभी चित्र मौलिक व्याख्यात्मक आरेख हैं। संख्यात्मक उदाहरण केवल समझाने के लिए है।