復(fù)合材料纏繞成型工藝第1頁/共55頁

定義：將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為增強(qiáng)塑料制品的工藝過程，稱為纏繞工藝。適合中空制品。第2頁/共55頁加工工藝流程第3頁/共55頁第4頁/共55頁第5頁/共55頁立式纏繞機(jī)第6頁/共55頁臥式纏繞機(jī)第7頁/共55頁臥式纏繞機(jī)第8頁/共55頁第9頁/共55頁第10頁/共55頁第11頁/共55頁第12頁/共55頁第13頁/共55頁第14頁/共55頁第15頁/共55頁第16頁/共55頁玻璃鋼.高壓儲氣罐/碳纖維球第17頁/共55頁6.5.1概述

6.5.1.1纖維纏繞工藝的分類1）干法纏繞2）濕法纏繞3）半干法纏繞第18頁/共55頁干法纏繞預(yù)浸紗帶（或預(yù)浸布帶），在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流后纏繞到芯模上。干法纏繞制品質(zhì)量較穩(wěn)定，并可大大提高纏繞速度，可達(dá)到100m／min～200m／min。纏繞設(shè)備清潔．勞動衛(wèi)生條件較好。第19頁/共55頁濕法纏繞將無捻粗紗（或布帶）浸漬樹脂膠液后直接纏繞到芯模上。此法無須另行配置浸漬設(shè)備。對材料要求不嚴(yán)，便于選材，故比較經(jīng)濟(jì)紗片質(zhì)量及纏繞過程中張力不易控制。第20頁/共55頁半干法纏繞將無捻粗紗（或布帶）浸漬樹脂膠液，預(yù)烘后隨即纏繞到芯模上。第21頁/共55頁

6.5.1.2纏繞增強(qiáng)塑料制品的特點(diǎn)

（1）比強(qiáng)度高FWRP的比強(qiáng)度3倍于鈦，4倍于鋼（2）可靠性高纖維纏繞復(fù)合材料制品基本解決了金屬韌性隨強(qiáng)度的提高而降低這一矛盾。（3）材料成本低所用增強(qiáng)材料，大多是無捻粗紗等連續(xù)纖維，減少了紡織和其它加工費(fèi)用。第22頁/共55頁6.5.1.3纏繞增強(qiáng)塑料制品的應(yīng)用·用于石油和氣體、化學(xué)工業(yè)和水／廢水處理的管、罐類

·管和筒等配件·飛機(jī)機(jī)體

·氣壓瓶·機(jī)動車片簧

·飛機(jī)機(jī)翼油箱·帆船桅桿

·火箭發(fā)動機(jī)和筒殼·網(wǎng)球拍框架

·槍炮筒·鐵路中罐機(jī)．機(jī)動車驅(qū)動軸·煙囪第23頁/共55頁6.5.1組成原料設(shè)備芯模第24頁/共55頁6.5.1.4原料

（1）增強(qiáng)材料

玻璃纖維應(yīng)用最廣、量最大，主要為無堿、中堿無捻粗紗，也有碳纖維和芳綸。要求：強(qiáng)度、浸潤性和粘附性、各股纖維張力均勻、成帶性好，不起毛，不斷頭。第25頁/共55頁（2）樹脂基體要求：工藝性好、樹脂基體的斷裂伸長率與增強(qiáng)材料相匹配、固化收縮率低和毒性刺激性小、來源廣價(jià)格低。常溫使用的內(nèi)壓容器，一般采用雙酚A型環(huán)氧樹脂；高溫使用的容器采用酚醛型環(huán)氧或脂肪族環(huán)氧樹脂；一般管道和貯罐多采用不飽和聚酯樹脂；航空航天制品采用具有突出斷裂韌性與耐濕熱性能的雙馬來酰亞胺樹脂。第26頁/共55頁6.5.1.5設(shè)備

最簡單的形式是機(jī)器可被形容成一臺機(jī)床。在心軸旋轉(zhuǎn)的同時，增強(qiáng)材料以特定的幾何卷繞型式纏繞上去，增強(qiáng)材料起始部分和心軸都可往復(fù)運(yùn)動。連續(xù)卷繞機(jī)不旋轉(zhuǎn)的連桿心軸穿過卷繞點(diǎn)。極性卷繞機(jī)心軸在兩個軸上旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生封閉的圓柱或球。連續(xù)卷繞機(jī)組增固劑和樹脂用于旋轉(zhuǎn)的可移動的心軸上，產(chǎn)生連續(xù)的管狀產(chǎn)品。編織卷繞機(jī)不旋轉(zhuǎn)的連桿心軸穿過一個轉(zhuǎn)動的編織環(huán)。第27頁/共55頁6.5.2芯模

6.5.2.1常用芯模材料石膏、鋼、鋁、低熔點(diǎn)金屬和低熔點(diǎn)鹽類（此兩種材料國外較多用。制造芯模時將其熔化澆鑄成殼體，脫模時加入熱水?dāng)嚢枞芙饣蛴谜魵馊刍?、木材、水泥、石蠟、聚乙烯醇、塑料等。芯模材料的膨脹系?shù)將影響制品固化后的制品的力學(xué)性能及尺寸精度第28頁/共55頁

6.5.2.2選擇和使用芯模材料時注意的問題

1）選定芯模材料應(yīng)根據(jù)制品的生產(chǎn)批量、尺寸形狀及性能要求來確定。2）芯模材料既不為樹脂腐蝕，更重要是不能影響樹脂系統(tǒng)固化。3）多孔性材料有吸濕性，使用前必須處理4）為保證纏繞制品尺寸均勻，芯模材料的成分亦應(yīng)均勻。第29頁/共55頁6.5.2.3芯模的結(jié)構(gòu)形式

1）實(shí)心或空心整體式芯模

采用容易破碎的材料；可溶或易熔鹽類，將其熔化，用鑄造法燒鑄成殼體。2）組合裝配式芯模

有分瓣式、隔板式、捆扎式、框架裝配式等第30頁/共55頁第31頁/共55頁第32頁/共55頁3）芯模設(shè)計(jì)

（1）基本要求

a.能夠承受纏繞過程的工作荷載、自重及加工時的機(jī)械荷載。

b.具有一定剛度，在使用期間保持合乎要求的尺寸。

c.能經(jīng)受固化溫度的作用。

d.易于脫模第33頁/共55頁(2)芯模設(shè)計(jì)的內(nèi)容

根據(jù)制品批量、尺寸、固化溫度、生產(chǎn)周期、工作荷載、樹脂收縮等因素進(jìn)行

a.芯模材料及結(jié)構(gòu)形式

b.脫模方法及程序的制定

c.總體結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)，包括剛度、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算

d.芯模制造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析第34頁/共55頁6.5.3纏繞規(guī)律

纖維纏繞工藝主要是制造壓力容器和管道。雖然容器形狀規(guī)格繁多，纏繞型式也千變?nèi)f化，但是，任何型式的纏繞都是由導(dǎo)絲頭（亦稱繞絲嘴）和芯模的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。必須滿足如下兩點(diǎn)要求。1）纖維既不重疊又不離縫，均勻連續(xù)布滿芯模表面。2）纖維在芯模表面位置穩(wěn)定，不打滑。纏繞規(guī)律

是描述紗片均勻穩(wěn)定連續(xù)排布芯模表面以及芯模與導(dǎo)絲頭間運(yùn)動關(guān)系的規(guī)律第35頁/共55頁

纏繞線型類別（1）環(huán)向纏繞

芯模繞自軸勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)絲頭在筒身區(qū)間作平行于軸線方向運(yùn)動。芯模轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)絲頭移動一個紗片寬度（近似），如此循環(huán)。第36頁/共55頁（2）螺旋纏繞

芯模繞自軸勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)絲頭依特定速度沿芯模軸線方向往復(fù)運(yùn)動。纖維纏繞不僅在圓筒段進(jìn)行，而且也在封頭上進(jìn)行。

第37頁/共55頁（3）縱向纏繞

（平面纏繞）導(dǎo)絲頭在固定平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動，芯模繞自軸慢速旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)絲頭轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)動一個微小角度，反映在芯模表面為近似一個紗片寬度。第38頁/共55頁6.5.4纏繞工藝設(shè)計(jì)

纏繞工藝設(shè)計(jì)包含下述內(nèi)容：（1）根據(jù)產(chǎn)品使用和設(shè)計(jì)要求、技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)造型、纏繞線型和芯模設(shè)計(jì)。（2）選擇原材料。（3）根據(jù)產(chǎn)品強(qiáng)度要求、原材料性能及纏繞線型進(jìn)行纏繞層數(shù)計(jì)算。（4）根據(jù)選定的原材料和工藝方法，制定工藝流程及工藝參數(shù)。（5）根據(jù)纏繞線型選定纏繞設(shè)備，或?yàn)槔p繞設(shè)備設(shè)計(jì)提供參數(shù)。第39頁/共55頁6.5.4.1纏繞制品結(jié)構(gòu)選型

（1）內(nèi)壓容器的結(jié)構(gòu)形狀內(nèi)壓容器的結(jié)構(gòu)形狀通常為球形和圓筒形兩種.金屬材料各向同性，球形容器結(jié)構(gòu)效率最高。即在相同容積條件下其表面積最小。纖維纏繞壓力容器，由于纏繞線型的可設(shè)計(jì)性，采用具有封頭的筒形容器是適宜的。

（2）筒形容器的封頭外形纖維纏繞壓力容器通常采用均衡型等張力封頭、均衡型平面纏繞封頭及扁橢球形封頭。第40頁/共55頁6.5.4.2纏繞類型的選擇

制品的結(jié)構(gòu)形狀和幾何尺寸：螺旋纏繞應(yīng)用普遍，對于長形管狀制品是理想的。平面纏繞主要用于球形、扁橢球、長比小于4的筒形容器的纏繞.

強(qiáng)度要求：螺旋纏繞，纖維在筒身上交叉程度相當(dāng)大，從強(qiáng)度觀點(diǎn)看是不利的。平面纏繞以完整的纏繞層依次逐層重疊，排列較好，可得到高強(qiáng)度質(zhì)量輕的制品。荷載特性：當(dāng)制品受到內(nèi)壓以外的載荷，平面和環(huán)向組合纏繞的設(shè)計(jì)靈活性較大。第41頁/共55頁6.5.4.3纏繞設(shè)備選擇

根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)形狀和幾何尺寸、纏繞線型等綜合考慮。一般螺旋纏繞及螺旋加環(huán)向纏繞采用臥式小車環(huán)鏈?zhǔn)嚼p繞機(jī)。平面纏繞或平面加環(huán)向纏繞一般采用搖臂式或跑道式纏繞機(jī)第42頁/共55頁6.5.5纏繞工藝參數(shù)

纏繞工藝過程一般由下列各工序組成：

芯?；騼?nèi)襯制造、膠液配制、纖維烘干和熱處理、浸膠、膠紗烘干、纏繞、固化、檢測等第43頁/共55頁影響纖維纏繞制品性能的主要工藝參數(shù)第44頁/共55頁（l)纖維熱處理和烘干

目的:去除水份、潤滑油.纖維的烘干制度視纖維含水量和紗管大小而定.通常,無捻紗在60～80℃烘干24h。第45頁/共55頁(2)浸膠與膠液含量

膠液含量的高低、變化及分布對纖維纏繞制品性能影響很大：一是直接影響制品質(zhì)量和厚度；二是強(qiáng)度，含膠量過高，使制品強(qiáng)度降低。含膠量過低，制品孔隙率增加，氣密性、耐老化性能及剪切強(qiáng)度下降.第46頁/共55頁浸膠方式第47頁/共55頁（3）纏繞張力

纖維所受的張緊力稱纏繞張力。張力大小、各束纖維間張力的均勻性，以及各纏繞層之間纖維張力的均勻性，對制品質(zhì)量影響極大。

a.纏繞張力與制品強(qiáng)度和疲勞性能有密切關(guān)系。張力小，制品強(qiáng)度低，充壓時變形大，疲勞性能差；張力過大，纖維受損傷，強(qiáng)度受損失。第48頁/共55頁第49頁/共55頁b.張力對制品密實(shí)程度有影響纖維纏繞制品的空隙率是影響性能的重要因素。而空隙率隨纏繞張力變化。張力大，空隙率低。C.張力對含膠量的影響張力增大，含膠量降低。

最佳纏繞張力并不是固定的，是依芯模結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)材料強(qiáng)度、膠液黏度及芯模是否加熱等具體情況而定。第50頁/共55頁（4）膠紗烘干既可除去樹脂膠液中溶劑揮發(fā)份，使在纏繞固化中不起泡。又可使某些樹脂初步凝膠，提高制品強(qiáng)度。烘干制度隨樹脂系統(tǒng)不同而異。溫度不宜過高或過低。溫度過高，溶劑來不及除去，樹脂就已凝膠，達(dá)不到烘干目的。第51頁/共55頁（5）纏繞速度纏繞過程的進(jìn)行，需要兩個基本運(yùn)動芯模旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)切線速度稱芯模速度，導(dǎo)絲頭（小車）往復(fù)直線運(yùn)動，其速度稱小車速度。由于纏繞機(jī)上述的兩個運(yùn)動，才使纖維能纏到芯模上去。纖維紗線相對于導(dǎo)絲頭纏到芯模上去的速度稱紗線速度。纏繞速度通常指紗線速度，應(yīng)控制在一定范圍。第52頁/共55頁（6）固化

有常溫固化和加熱固化兩種。加熱的溫度范圍、升溫速度、恒溫溫度及保溫時間。加熱固化比常溫固化的制品強(qiáng)度至少可提高20％·～25％，可縮短生產(chǎn)周期。升溫速度為0.5～1℃／min。恒溫