缠绕成型工艺ppt课件
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第6章 缠绕成型工艺 (1)
第六章 缠绕成型工艺
③ 纤维都必须进行表面处理，以改善与树脂基 体的浸润性和粘附性。 玻璃纤维亦采用优良的增强型浸润剂。碳纤维则 应采用气液相氧化法、表面清洁法、电沉积与电 聚合法等进行表面处理，以改善表面结构，提高 表面活性； 6.1.2
纤 维 缠 绕 制 品 的 ④ 与树脂浸渍件性好，浸透速度快； 优 ⑤ 各股纤维张力均匀； 点 ⑥成带性好，不起毛，不断头。
第六章 缠绕成型工艺
6.1.3 原材料 主要有纤维增强材料与树脂两大类。 选择原则
纤 维 缠 绕 制 品 的 优 点
6.1.2
产品的各项设计性能指标
缠绕制品的使 用性能要求
工艺性要求
经济性要求
第六章 缠绕成型工艺
6.1.3 原材料 （1）增强材料 主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维 等。应根据不同产品对性能的要求进行选用。
第六章 缠绕成型工艺
6.2.3 芯模设计 芯模设计的内容 根据制品批量、尺寸、固化温度、生产周期、工作载荷、 树脂收缩等因素进行：
芯 模 设 计
6.2.3
芯模设计需满足的基本要求 芯模设计的内容 芯模强度、刚度计算
第六章 缠绕成型工艺
6.2.3 芯模设计
芯模设计需满足的基本要求
能够承受缠绕过程的工作载荷、自重及加工过程的机械
芯 模 设 计
6.2.3
载荷；
具有一定刚度，在使用期间保持合乎要求的尺寸；
能经受固化温度的作用； 易于脱模。
6.1 概述
概 述
6.1
第六章 缠绕成型工艺 6. 缠绕成型工艺
6.1 概述
概 述
6.1
第六章 缠绕成型工艺 6. 缠绕成型工艺
《缠绕成型设备》PPT课件
链 置应能调节，以适应缠绕不同长度的
式 制品。
缠
绕 8.2.4 浸胶装置
机
的 总
浸胶装置一般分为：沉浸式 胶辊接触式 滴胶式
图8-15（a） 图8-15（b） 图8-16
体
结
构
第八章 缠绕设
备 8.2.5 纱架
课件
8.2
小
桌式纱架，
图8-17；
车 环
书架式纱架： 端引出型纱架， 图8-18； 侧向引出型纱架，图8-19；
上述两个动作只能分别进行，不能同时进行。
总
体
导丝头形状：平行双辊式、直辊式、园环型、梳型、
结
三角型，P207图8－13。
构
第八章 备
课缠件绕设
8.2
收线装置：防止小车在两端返回时松线（张力减小）。 有垂锤式、杠杆式。图8-14属于杠杆式。
小
车 8.2.3 床身
环
作用：支撑和连接小车轨道、丝杠、环链、链轮、尾座等。尾座位
第八章 备
课缠件绕设
8.1.1
8、 缠绕设备
8.1 概述
三个阶段：机械控制缠绕机
数字程序控制缠绕机
纤
微机控制缠绕机
维 8.1.1 纤维缠绕机的发展
缠 绕
8.1.2 机械控制缠绕机的类型 8.1.2.1 小车环链式缠绕机
以环形链条和丝杠机带动小车运动，可进行螺旋缠绕和环向缠绕
机 （缠绕机芯模水平放置）。
绕 连续式缠绕机”、“湿法定长管缠绕机”等。
机
的
类
型
第八章 备
课缠件绕设
8.2 小车环链式缠绕机的总体结构
8.2
小
立体结构分为三大部分：床头箱、小车、床身。
(工艺技术)缠绕成型工艺
缠绕成型工艺1.1纤维缠绕工艺的分类：缠绕工艺：将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。
决定产品形状的模具基本纤维缠绕机浸胶 胶纱纱锭 张力控制 固化 打模喷漆 脱模 芯模制造胶液配制纱团集束烘干 络纱 加热粘流纵、环向缠绕张力控制 纵、环向缠绕成品湿法缠绕干法缠绕玻璃钢.高压储气罐/碳纤维球1.1.1 干法缠绕将预浸纱带(或预浸布)，在缠绕机上经加热软化至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。
干法缠绕特点:制品质量稳定(预浸纱由专用预浸设备制造，能较严格地控制纱带的含胶量和尺寸)；缠绕速度快(100～200m/min); 缠绕设备清洁，劳动卫生条件好；预浸设备投资大。
干法缠绕制品质量较稳定，并可大大提高缠绕速度，可达到100m／min～200m／min。
缠绕设备清洁．劳动卫生条件较好。
1.1.2 湿法缠绕将无捻粗纱(或布带)经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。
此法无须另行配置浸渍设备。
对材料要求不严，便于选材，故比较经济纱片质量及缠绕过程中张力不易控制。
特点：不需要预浸渍设备，设备投资少；对材料要求不严，便于选材；纱片质量不易控制和检验；张力不易控制；胶液中存在大量溶剂，固化时易产生气泡；浸胶辊、张力辊等要经常维护刷洗。
湿法缠绕工艺流程:原 材 料缠 绕 设 备打磨喷漆胶液配制纱团集束固化浸胶脱模 张力控制纵、环芯模制造制品浸 胶 缠 绕增强材料：应用最广、量最大的是玻璃纤维。
此外有碳纤维，Kevlar 纤维等。
卧式缠绕机缠绕设备立式缠绕机卧式缠绕机立式缠绕机缠绕机构纱架浸胶槽张力控制器1.1.3 半干法缠绕将无捻粗纱(或布带)浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法与湿法相比，增加了烘干工序，除去了溶剂。
与干法相比，无需整套的预浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程可在室温下进行。
提高了制品质量。
1.2 纤维缠绕制品的优点(1) 比强度高FWRP的比强度3倍于钛，4倍于钢i) 材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。
复合材料缠绕成型工艺
分 类：干法缠绕 湿法缠绕 半干法缠绕
缠绕成型工艺流程（一）
纱团
纱架
浸胶
胶槽
张力控制
张力辊
缠绕
芯模
固化
固化炉
加工
（工艺流程图）
加工机械
树脂胶液 成品
缠绕成型工艺流程（二）
（工艺流程示意图）
缠绕成型工艺流程（三）
（浸胶）
缠绕成型工艺流程（四）
（缠绕）
缠绕成型设备（一）
（结构示意图）
缠绕成型设备（二）
缠绕规律（七）
分析方法：标准线法和切点法
标准线法的基本点就是通过容器表面的某一 特征线— “标准线”来研究制品的结构尺寸与 导丝头、芯模相对运动规律。这种方法直观性， 但分析演算过程较为复杂，精确性也不太高。
切点法是研究缠绕线型在极孔上对应切点 的分布规律，研究纤维缠绕芯模转角与线型， 速比之间的关系。该方法的理论性较强，数学 推导比较严密。
思考题
1）缠绕设备的主要组成部分及其作用。 2）环向缠绕时，为什么缠绕角要大于70度？
每条纤维都对应于极孔圆周上的一个切点，相同方向邻近纱 片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交。这样，当纤维均 匀缠满芯模表面时实际以构成了双层。
缠绕规律（六）
纵向缠绕：又称平面缠绕，导丝头在固定平面内做匀速圆周 运动，芯模绕自轴慢速旋转。导丝头转一周，芯模转动一个微 小角度，反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。纱片依次连续 缠绕到芯模上，各纱片均与极孔相切，相互紧挨着而不交叉。 缠绕轨迹近似一个平面单圆封闭曲线。
缠绕只能在筒身段进行，不能缠封头。相邻纱片之间 相接而不相交，其缠绕角在85°~90°之间。
缠绕规律（四）
b
a D
W
缠绕成型工艺流程（一）
纱团
纱架
浸胶
胶槽
张力控制
张力辊
缠绕
芯模
固化
固化炉
加工
（工艺流程图）
加工机械
树脂胶液 成品
缠绕成型工艺流程（二）
（工艺流程示意图）
缠绕成型工艺流程（三）
（浸胶）
缠绕成型工艺流程（四）
（缠绕）
缠绕成型设备（一）
（结构示意图）
缠绕成型设备（二）
缠绕规律（七）
分析方法：标准线法和切点法
标准线法的基本点就是通过容器表面的某一 特征线— “标准线”来研究制品的结构尺寸与 导丝头、芯模相对运动规律。这种方法直观性， 但分析演算过程较为复杂，精确性也不太高。
切点法是研究缠绕线型在极孔上对应切点 的分布规律，研究纤维缠绕芯模转角与线型， 速比之间的关系。该方法的理论性较强，数学 推导比较严密。
思考题
1）缠绕设备的主要组成部分及其作用。 2）环向缠绕时，为什么缠绕角要大于70度？
每条纤维都对应于极孔圆周上的一个切点，相同方向邻近纱 片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交。这样，当纤维均 匀缠满芯模表面时实际以构成了双层。
缠绕规律（六）
纵向缠绕：又称平面缠绕，导丝头在固定平面内做匀速圆周 运动，芯模绕自轴慢速旋转。导丝头转一周，芯模转动一个微 小角度，反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。纱片依次连续 缠绕到芯模上，各纱片均与极孔相切，相互紧挨着而不交叉。 缠绕轨迹近似一个平面单圆封闭曲线。
缠绕只能在筒身段进行，不能缠封头。相邻纱片之间 相接而不相交，其缠绕角在85°~90°之间。
缠绕规律（四）
b
a D
W
15.【复合材料】第3章 缠绕成型工艺1
过高或过低。温度过高，溶剂来不及除去，
树脂就已凝胶，达不到烘干目的。
（5）缠绕速度
缠绕过程的进行，需要两个基本运动 芯模旋转，其旋转切线速度称芯模速度，导 丝头（小车）往复直线运动，其速度称小车 速度。 由于缠绕机上述的两个运动 ，才使纤维能 缠到芯模上去。纤维纱线相对于导丝头缠到 芯模上去的速度称纱线速度。缠绕速度通常 指纱线速度，应控制在一定范围。
导丝头在固定平面内作匀速圆周运动，芯模绕自轴 慢速旋转。导丝头转一周，芯模转动一个微小角度， 反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。
6.5.4 缠绕工艺设计
缠绕工艺设计包含下述内容： （1）根据产品使用和设计要求、技术质 量指标，进行结构造型、缠绕线型和芯模设计。 （2）选择原材料。 （3）根据产品强度要求、原材料性能及 缠绕线型进行缠绕层数计算。 （4）根据选定的原材料和工艺方法，制 定工艺流程及工艺参数。 （5）根据缠绕线型选定缠绕设备，或为 缠绕设备设计提供参数。
6.5.4.3 缠绕设备选择
根据制品的结构形状和几何尺寸、 缠绕线型等综合考虑。 一般螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕采用 卧式小车环链式缠绕机。 平面缠绕或平面加环向缠绕一般采用 摇臂式或跑道式缠绕机
6.5.5
缠绕工艺参数
缠绕工艺过程一般由下列各工序组 成： 芯模或内衬制造、胶液配制、纤维烘 干和热处理、浸胶、胶纱烘干、缠绕、 固化、检测等
6.5.2.2 选择和使用芯模材料时 注意的问题
1）选定芯模材料应根据制品的生产批量、尺寸形 状及性能要求来确定。 2）芯模材料既不为树脂腐蚀，更重要是不能影响 树脂系统固化。 3）多孔性材料有吸湿性，使用前必须处理 4）为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成分亦 应均匀。
树脂就已凝胶，达不到烘干目的。
（5）缠绕速度
缠绕过程的进行，需要两个基本运动 芯模旋转，其旋转切线速度称芯模速度，导 丝头（小车）往复直线运动，其速度称小车 速度。 由于缠绕机上述的两个运动 ，才使纤维能 缠到芯模上去。纤维纱线相对于导丝头缠到 芯模上去的速度称纱线速度。缠绕速度通常 指纱线速度，应控制在一定范围。
导丝头在固定平面内作匀速圆周运动，芯模绕自轴 慢速旋转。导丝头转一周，芯模转动一个微小角度， 反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。
6.5.4 缠绕工艺设计
缠绕工艺设计包含下述内容： （1）根据产品使用和设计要求、技术质 量指标，进行结构造型、缠绕线型和芯模设计。 （2）选择原材料。 （3）根据产品强度要求、原材料性能及 缠绕线型进行缠绕层数计算。 （4）根据选定的原材料和工艺方法，制 定工艺流程及工艺参数。 （5）根据缠绕线型选定缠绕设备，或为 缠绕设备设计提供参数。
6.5.4.3 缠绕设备选择
根据制品的结构形状和几何尺寸、 缠绕线型等综合考虑。 一般螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕采用 卧式小车环链式缠绕机。 平面缠绕或平面加环向缠绕一般采用 摇臂式或跑道式缠绕机
6.5.5
缠绕工艺参数
缠绕工艺过程一般由下列各工序组 成： 芯模或内衬制造、胶液配制、纤维烘 干和热处理、浸胶、胶纱烘干、缠绕、 固化、检测等
6.5.2.2 选择和使用芯模材料时 注意的问题
1）选定芯模材料应根据制品的生产批量、尺寸形 状及性能要求来确定。 2）芯模材料既不为树脂腐蚀，更重要是不能影响 树脂系统固化。 3）多孔性材料有吸湿性，使用前必须处理 4）为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成分亦 应均匀。
缠绕成型工艺
7.2.1.1 常用材料 主要是钢材、木材、塑料、铝、石膏、水泥、低熔点 金属、低熔点盐类等 国外较多用，制造芯模时将其熔化浇铸成壳体，脱模时加 入热水搅拌溶解或用蒸汽熔化。
7.2.1.2 芯模材料对制品的影响
膨胀系数影响产品尺寸精度； 弹性模量影响产品力学性能及尺寸精度； 导热系数影响产品固化度； 芯模中水份影响产品固化，甚至引起分层开裂。
球形
椭球形
12
第七章 缠绕成型工艺
民用方面： 化工、石油、环保、建筑等领 域的管道、贮罐、压力容器等。
复合材料弯管制品
美国纤维缠绕管道总长占整个运输工具的 三分之一，所负担供应的能量 (包括石油、天然 气、煤、电) 占全国需用量的一半以上。我国工 业生产中也已大量采用纤维缠绕管道。
13
第七章 缠绕成型工艺
与湿法相比，增加了烘干工序，除 去了溶剂。与干法相比，无需整套的预 浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程 可在室温下进行。提高了制品质量。
5
第七章 缠绕成型工艺
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
原因：
(i) 材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。表面积越大， 缺陷率越高。缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率； 所用纤维主要是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损 失大大减少。 (ii) 避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中
主要有纤维增强材料与树脂基体两大类
选择原则
缠绕制品的使 用性能要求
产品的各项设计性能指标
工艺性要求
经济性要求
8
第七章 缠绕成型工艺
（1）增强材料
主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维、 芳纶纤维等。应根据不同产品对性能的要求进行选用。 选用要求： (1) 航空和航天制品多选用性能优异价格昂贵的碳纤 维和芳纶纤维，民用产品多选用连续玻璃纤维；
7.2.1.2 芯模材料对制品的影响
膨胀系数影响产品尺寸精度； 弹性模量影响产品力学性能及尺寸精度； 导热系数影响产品固化度； 芯模中水份影响产品固化，甚至引起分层开裂。
球形
椭球形
12
第七章 缠绕成型工艺
民用方面： 化工、石油、环保、建筑等领 域的管道、贮罐、压力容器等。
复合材料弯管制品
美国纤维缠绕管道总长占整个运输工具的 三分之一，所负担供应的能量 (包括石油、天然 气、煤、电) 占全国需用量的一半以上。我国工 业生产中也已大量采用纤维缠绕管道。
13
第七章 缠绕成型工艺
与湿法相比，增加了烘干工序，除 去了溶剂。与干法相比，无需整套的预 浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程 可在室温下进行。提高了制品质量。
5
第七章 缠绕成型工艺
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
原因：
(i) 材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。表面积越大， 缺陷率越高。缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率； 所用纤维主要是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损 失大大减少。 (ii) 避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中
主要有纤维增强材料与树脂基体两大类
选择原则
缠绕制品的使 用性能要求
产品的各项设计性能指标
工艺性要求
经济性要求
8
第七章 缠绕成型工艺
（1）增强材料
主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维、 芳纶纤维等。应根据不同产品对性能的要求进行选用。 选用要求： (1) 航空和航天制品多选用性能优异价格昂贵的碳纤 维和芳纶纤维，民用产品多选用连续玻璃纤维；
缠绕成型工艺
缠绕成型工艺缠绕成型工艺1.1纤维缠绕工艺的分类：缠绕工艺：将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。
决定产品形状的模具基本纤维缠绕机1.1.1 干法缠绕将预浸纱带(或预浸布)，在缠绕机上经加热软化至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。
干法缠绕特点:制品质量稳定(预浸纱由专用预浸设备制造，能较严格地控制纱带的含胶量和尺寸)；缠绕速度快(100～200m/min); 缠绕设备清洁，劳动卫生条件好；预浸设备投资大。
干法缠绕制品质量较稳定，并可大大提高缠绕速度，可达到100m ／min ～200m ／min 。
缠绕设备清洁．劳动卫生条件较好。
玻璃钢.高压储气罐/碳纤维球1.1.2 湿法缠绕将无捻粗纱(或布带)经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。
此法无须另行配置浸渍设备。
对材料要求不严，便于选材，故比较经济纱片质量及缠绕过程中张力不易控制。
特点：不需要预浸渍设备，设备投资少；对材料要求不严，便于选材；纱片质量不易控制和检验；张力不易控制；胶液中存在大量溶剂，固化时易产生气泡；浸胶辊、张力辊等要经常维护刷洗。
湿法缠绕工艺流程:原 材 料缠绕 设 备打磨喷漆胶液配制纱团集束固化 浸胶脱模 张力控制 纵、环 芯模制造制品 浸 胶 缠 绕增强材料：应用最广、量最大的是玻璃纤维。
此外有碳纤维，Kevlar 纤维等。
卧式缠绕机缠绕设备立式缠绕机卧式缠绕机立式缠绕机缠 绕 机 构纱架浸胶槽1.1.3 半干法缠绕将无捻粗纱(或布带)浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法 与湿法相比，增加了烘干工序，除去了溶剂。
与干法相比，无需整套的预浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程可在室温下进行。
提高了制品质量。
1.2 纤维缠绕制品的优点(1) 比强度高 FWRP 的比强度3倍于钛，4倍于钢i) 材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。
表面积越大，缺陷率越高。
缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率；所用纤维主要是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损失大大减少。
第《7》章缠绕成型工艺汇总
第七章 缠绕成型工艺
7 缠绕成型工艺 7.1 概述
7.2 芯模 7.3 缠绕规律 7.4 缠绕工艺设计
1
第七章 缠绕成型工艺
7.1 概述
7.1.1 纤维缠绕工艺的分类
决定产品形状的模具
缠绕工艺： 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠
绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。
小车
芯模
绕线筒
预浸槽 张力控制器
吐丝嘴
2
基本纤维缠绕机
第七章 缠绕成型工艺
胶液配制 纱团 集束 浸胶
烘干
络纱
湿 法
张力控制
缠 绕
纵、环向缠绕
成 型
芯模制造
工
艺
固化
胶纱纱锭 干
张力控制 法 缠
加热粘流 绕 成
纵、环向缠绕 型 工 艺
脱模 打模喷漆 成品
缠绕工艺流程图 3
第七章 缠绕成型工艺
7.1.1.1 干法缠绕
特点：
与湿法相比，增加了烘干工序，除 去了溶剂。与干法相比，无需整套的预 浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程 可在室温下进行。提高了制品质量。
6
第七章 缠绕成型工艺
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
原因：
(i) 材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。表面积越大， 缺陷率越高。缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率； 所用纤维主要是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损 失大大减少。 (ii) 避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中 (iii) 可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构 (ⅳ) 增强材料纤维含量高达80%
将无捻粗纱(或布带)经浸胶后直接缠绕到芯 模上的成型工艺过程。
特点：
7 缠绕成型工艺 7.1 概述
7.2 芯模 7.3 缠绕规律 7.4 缠绕工艺设计
1
第七章 缠绕成型工艺
7.1 概述
7.1.1 纤维缠绕工艺的分类
决定产品形状的模具
缠绕工艺： 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠
绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。
小车
芯模
绕线筒
预浸槽 张力控制器
吐丝嘴
2
基本纤维缠绕机
第七章 缠绕成型工艺
胶液配制 纱团 集束 浸胶
烘干
络纱
湿 法
张力控制
缠 绕
纵、环向缠绕
成 型
芯模制造
工
艺
固化
胶纱纱锭 干
张力控制 法 缠
加热粘流 绕 成
纵、环向缠绕 型 工 艺
脱模 打模喷漆 成品
缠绕工艺流程图 3
第七章 缠绕成型工艺
7.1.1.1 干法缠绕
特点：
与湿法相比，增加了烘干工序，除 去了溶剂。与干法相比，无需整套的预 浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程 可在室温下进行。提高了制品质量。
6
第七章 缠绕成型工艺
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
原因：
(i) 材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。表面积越大， 缺陷率越高。缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率； 所用纤维主要是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损 失大大减少。 (ii) 避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中 (iii) 可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构 (ⅳ) 增强材料纤维含量高达80%
将无捻粗纱(或布带)经浸胶后直接缠绕到芯 模上的成型工艺过程。
特点：
缠绕成型工艺及设备PPT课件
pr1
nF1 Ra
104
这里 n－环向缠绕层数 F1－每层纱片缠绕张力(N) R－芯模半径(cm) a－环对芯模表面产生的径向压力pr2：
pr2
2021
大庆乙烯工程制造的盐酸聍槽
2021
法国SB公司设计制造的FRP-PP 2021
武钢冷轧回收 塔是依DIN标准 设计制造的受 压容器
按NF标准为法 国SB公司设计 制造的秦皇岛 中阿磷铵洗涤 塔
2021
玻璃钢大型贮罐
2021
岳化1000立方米贮罐制作现场
2021
7.2 芯模（Mandrel） 7.2.1 芯模材料 7.2.2 芯模的结构形式 7.2.3 芯模设计
2021
目录
• 7.1 概述 • 7.2 芯模 • 7.3 缠绕规律 • 7.4 缠绕工艺设计 • 7.5 锥体缠绕
2021
概述
• 7.1.1 纤维缠绕工艺的分类 • 7.1.2 纤维缠绕增强塑料制品的优点 • 7.1.3 原材料 • 7.1.4 纤维缠绕工艺的应用
2021
7.1 概述
7.1.1 纤维缠绕工艺(Filament Winding)及其 分类
2021
石膏芯模与金属芯模相比有如下特点： 缺点：强度低、导热性差； 优点：价格低廉、成型工艺简单、容易 制成各种复杂的形状，特别对不宜进行 机械加工的大型制品更为适宜。
2021
3. 选择和使用芯模材料时注意的问题 (1)选定芯模材料应根据制品的生产批量、 尺寸形状及性能要求来确定。 (2)芯模材料不能被树脂腐蚀，不能影响树 脂系统固化。 (3)多孔性材料使用前必须烘干。 (4)芯模材料的成分应均匀。
2021
7.1.4 纤维缠绕工艺的应用 1.缠绕成型技术发展现状 纤维缠绕工艺最早是在1947 年美国开始研究的。 美国宇航局和空军材料实 验室研制成功复合材料固 体火箭发动机壳体。
7- 缠绕成型工艺
2、 耐化学腐蚀，使用寿命长
玻璃钢管具有特殊的耐化学腐蚀性能，在管 道纵横交错、星罗棋布的环境下，可根据介质的 要求选择不同的耐腐蚀管道。
3、 水力特性优异
水力学特性是玻璃钢管道的重要特性之一。 水力学特性优异意味着流体压头损失小，可以选 用较小的管径或功率较小的输送泵，从而减少管 线工程初期投资、节省电能，降低运行成本。
模具
7.3 芯模
芯模材料
芯模材料常用的有铝、钢、木材、石膏、
石蜡、聚乙烯醇、低熔点金属等。
7.3 芯模
熔、溶性材料： 石蜡，聚乙烯醇，低熔点金属等。
7.3 芯模
内衬材料，内衬材料是制品的组成部分。 防腐和密封。 橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。
芯模的结构形式
1、整体式芯模
芯模的结构形式
2、组合装配式芯模 分瓣式 隔板式 捆扎式
④生产效率高：机械化自动化生产，缠绕速度快 （200m/min），劳动生产率高； ⑤材料成本低
7.1 概述
缠绕成型的缺点 ①缠绕成型适应性小，不能缠任意结构形式的制 品，特别是表面有凹的制品，因为缠绕时，纤维 不能紧贴芯模表面而架空； ②缠绕成型需要有缠绕机，芯模，固化加热炉， 脱模机及熟练的技术工人，需要的投资大，技术 要求高，因此，只有大批量生产时才能降低成本。
（2）湿法缠绕
湿法缠绕的缺点为： ①树脂浪费大，操作环境差； ②含胶量及成品质量不易控制；
（3）半干法缠绕
半干法缠绕是纤维浸胶，预烘后随即缠绕到芯模 上。 与干法相比，省却了预浸胶工序和设备； 与湿法相比，增加了烘干工序，可使制品中的气 泡含量降低。
三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为 普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的 尖端技术领域。
第七章 缠绕成型工艺
第七章 缠绕成型工艺
挤胶辊
纤维
胶辊
胶槽
刮刀 纤维
胶槽
图7-33 沉浸式浸胶
图7-34 表面带胶式浸胶
缠绕速度：（对湿法缠绕） 纱线速度应小于0.9 m/s 小车速度应小于0.75 m/s
固化制度：P188～190
考虑树脂聚合反应的时间和传热时间，固化制度主要 由树脂系统性能和制品要求的物化性能决定。 P189，图7-39 酚醛环氧玻璃钢气瓶的固化制度曲线。
7.1.1.3 半干法缠绕
将无捻粗纱浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上 的成型工艺方法。
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
（1）比强度高 （比强度高的原因有四点 P160）; （2）生产成本低 （玻璃纤维用量可达80％）; （3）生产效率高 （可实现机械化、自动化操作）。
7.1.3 原材料 主要有纤维增强材料与树脂两大类。
0.75 0.50
称缠绕角。
0.25 0
90
80
b πD
α D
W
70
60
50 40
图7-16 环向缠绕参数关系图
（2）螺旋缠绕
定义： 芯模绕自轴匀速转动，导丝头以特定速度沿芯 模轴线方向往复运动的缠绕方式称螺旋缠绕。
此缠绕方式不仅 可以缠绕圆筒段， 而且缠绕端头(封 头)。图7-17。
纤维缠绕轨迹：
“线型”以导丝头往返一次芯模旋转的转数来表示: S0＝ θn /360° ＝ K/n + N＝M/n M=K + nN
S0-表示线形； M——一个完整循环芯模转数； n——切点数，也是一个完整循环导丝头往返次数。
表7-3 给出了6切点以内的S0所对应的n、K、N、θn值。
7.3.3 螺旋缠绕的转速比
缠绕成型工艺
缠绕成型辅助设备（三）
（张力控制机构）
缠绕成型产品及应用
军工方面：航空、航天、导弹（发动机壳 体、高压容器、导弹发射筒等）。
1947年美国，生产F-84飞机的压缩空气瓶。 北极星A3导弹一、二级发动机壳体用 纤维缠绕玻璃钢取代合金钢，
质量减轻45%，射程由1600km增至4000km。 成本仅是钛合金的1/10。
微裂纹假说;(块状玻璃:40-100MPa, 直径3-9μm玻 纤:1500-4000MPa)
避免了布纹经纬交织点与短纤维末端的应力集中; 可以控制纤维的方向和数量,使产品实现等强度结构; 纤维含量高，可达70％以上。
（2）材料成本低（采用无捻粗纱,减少了纺织和其它
加工费用)
（3）生产效率高（可实现机械化、自动化操作）
缠绕规律
螺旋缠绕：又称测地线缠绕，芯模绕自身轴线匀速转动，导丝 头按一定的速比要求沿轴线方向往复运动。于是，芯模的筒身和 封头上就实现了交叉缠绕。其缠绕角一般为45°－70°。 螺旋缠绕的特点：
每条纤维都对应于极孔圆周上的一个切点，相同方向邻近纱 片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交。这样，当纤维均 匀缠满芯模表面时实际以构成了双层。
缠绕线型的分类: 环向缠绕 螺旋缠绕 纵向缠绕
缠绕线型的分类
环向缠绕：即沿芯模圆周方向的缠绕。缠绕时，芯模绕自 身轴线作匀速转动，导丝头在平行于轴线方向筒身区间运 动。芯模每转一周，导丝头移动一个纱片宽度，按此循环， 直至纱片布满芯模筒身段表面为止。 环向缠绕的特点：
缠绕只能在筒身段进行，不能缠封头。相邻纱片之间 相接而不相交，其缠绕角在85°~ 90°之间。
民用方面：化工、石油、环保、建筑等领 域的管道、贮罐等。
缠绕成型产品及应用
缠绕成型设备PPT课件
8.6.1.2 加热方式 1）电阻加热:其优点是调控方便、准确、结构紧凑，造
价较低。
第八章 缠绕设备
课件方便、准确、结构紧凑， 热效率高。
红外线波长：0.76～1000μm。
近红外：0.76～3μm
远红外：3～1000μm
高分子吸收辐射能并能转化为热能的波长范围一般为 3～40μm。
中层：保温层，采用硅藻土砖、岩棉、膨胀珍珠岩等； 外层：防护层，采用实心砖，(实心黏土砖已经不允许 用)。 电阻式固化炉结构见P236，图8-52。 炉子功率与耐火层、保温层厚度的关系可以参考表8-1 选则耐火层厚度和保温层厚度。 对于大型炉腔应在墙体上留有膨胀缝，为避免漏气， 膨胀缝内层可用石棉绳填充，外层用马粪纸填充。炉体 膨胀缝尺寸参考表8-3确定。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
18
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
筒身段：芯模转速与小车速度保持线性关系（导丝头匀 速运动），即转速比为常数。这类缠绕称为线性缠绕。
封头曲面：导丝头必须变速运动,（转速比必须变化）,才 能保证缠绕轨迹是测地线，这类缠绕称非线性缠绕。
非线性缠绕通过调变速链条的布局来实现。
8.3 小车环链式缠绕机运动分析
第八章 缠绕设备
8.3.2 缠绕机运动的联系 是靠内、外传动链来联系。 P210
第八章 缠绕设备
课件
8.1.1 纤维缠绕机的发展
8、 缠绕设备
8.1 概述 三个阶段：机械控制缠绕机
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将预浸纱带（或预浸布），在缠绕机上经加热至粘流状态并缠绕到芯 模上的成型工艺过程。
1
第七章 缠绕成型工艺
课件
7.1.1
纤 维 缠 绕 工 艺 的 分 类
图7-1 缠绕工艺流程图 2
第七章 缠绕成型工艺
课件
干法缠绕特点： 制品质量稳定（含胶量、尺寸等）；缠绕速度快
（100～200m/min）; 劳动卫生条件好；预浸设备投资大。
课件
i b
D cos
7.3
证明 ：
缠
因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一层。设此时丝头转了n圈，
绕
由速比定义有：
规 律
i1
n
在芯模筒段，纱片的有效宽度
b b
7.1.1
7.1.1.2 湿法缠绕
纤
维
将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。
缠
绕
特点： 不需要预浸渍设备，设备投资少；便于选材；纱片质量及张力需
工
严格控制，固化时易产生气泡。
艺
的
7.1.1.3 半干法缠绕
分
类
将无捻粗纱浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。
3
第七章 缠绕成型工艺
用于直径小于800mm的管子生产。
芯
模
开缩式芯模——
用于直径大于800mm的管子生产。
的 结
要求：
1、具有经抛光的高精度表面；
构
2、具有锥度，不小于1/1000(便于脱模)。
形 式
7.2.3 芯模设计 P165～169 自学
9
第七章 缠绕成型工艺
课件
7.3 缠绕规律
7.3.1 概述 7.3.1.1 缠绕规律的内容
③固化收缩率低并毒性小; ④来源广泛,价格低。
制
7.1.4 缠绕制品的应用范围
品 的
军工方面： 航空、航天、导弹（发动机壳体、高压容器、导弹发射筒 等）。
优 点
民用方面： 化工、石油、环保、建筑等领域的管道、贮罐等。
5
第七章 缠绕成型工艺
课件
7.1.3 缠绕工艺的现状及发展
7.1.3
发展方向:高性能材料和功能材料,主要用于高科技领域;军工使用转 向民用；提高自动控制水平，提高生产效率；降低生产成本。
课件
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
7.1.2
（1）比强度高
（比强度高的原因有四点 P160）;
（2）生产成本低
（玻璃纤维用量可达80％）;
纤
（3）生产效率高
（可实现机械化、自动化操作）。
维 缠 绕 制
品
7.1.3 原材料 主要有纤维增强材料与树脂两大类。
（1）增强材料
主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维等。应根据不同产 品对性能的要求进行选用。
规
律
图7-18 平面缠绕 14
第七章 缠绕成型工艺
课件
2r
1
2r
2
πD
b
le1
lc
a le2
D △θ s
b
α
lc
7.3
缠
图7-19 平面缠绕参数关系图
绕
规
平面缠绕、缠绕角的正切值为：
律
tg r1 r2
lc le1 le2
15
第七章 缠绕成型工艺
平面缠绕的速比： 芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比。
的
优
一般情况下纤维需进行表面处理。玻璃纤维的选用要求有6条，
点 P161 。
4
第七章 缠绕成型工艺
课件
（2）树脂体系
包括树脂及各种助剂、填料等。
7.1.2
常用的有： 不饱和聚酯树脂，环氧树脂（双酚A型）、酚醛－环氧树脂 （环氧改性酚醛树脂）。
纤 选用要求：①工艺性好；
维
②断裂延伸率与纤维匹配；
缠 绕
律
模轴线的交角称缠绕角。 0.50
0.25
0
90
80
b
πD α
D
W
70
60
50 40
图7-16 环向缠绕参数关系图 12
第七章 缠绕成型工艺
课件
（2）螺旋缠绕
定义： 芯模绕自轴匀速转动，导丝头以特定速度沿芯模轴线方向往复 运动的缠绕方式称螺旋缠绕。
7.3
此缠绕方式不仅可以
缠绕圆筒段，而且缠绕端
头(封头)。图7-17。
第七章 缠绕成型工艺
课件
7. 缠绕成型工艺
7.1.1
7.1 概述
7.1.1 纤维缠绕工艺的分类
纤 维
缠绕工艺： 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到 芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。
缠
绕
工艺流程图：
P159 图7-1 干法缠绕、湿法缠绕。
工
艺
7.1.1.1 干法缠绕
的
分 类
所谓缠绕规律是描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯模表面,以 及芯模与导丝头间运动关系的规律。
7.3
对缠绕线形的两点要求：
（1）纤维既不重合又不离缝，均匀连续布
缠
满芯模表面。
绕
（2）纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。
规 律
7.3.1.2 缠绕线型分类
环向缠绕
纵向缠绕
螺旋缠绕 10
第七章 缠绕成型工艺
课件
7.2.2
采用易敲碎的材料或可溶性的盐类。
7.2.2.2 组合式芯模
芯
分瓣式、隔板式、捆扎式、框架装配式，
模
图7-2 7-3 7-4
的 结
7.2.2.3 石膏隔板组合式芯模
构
图7-5
形
式
课件
8
第七章 缠绕成型工艺
7.2.2.4 管道芯模
课件
7.2.2
整体式芯模 开缩式芯模
图7-6 7-7
整体式芯模——
缠
绕
作业：1、干法缠绕、湿法缠绕的特点分别是什么？
工
2、缠绕制品的优点是什么？
艺 的
3、缠绕制品比强度高的原因是什么？
现
状 7.2 芯模
及
7.2.1 芯模材料
发
展
7.2.1.1 常用材料
6
第七章 缠绕成型工艺
课件
主要是钢材、木材、塑料、铝、石膏、水泥等。水泥、石膏芯模材料 的性能见表7-1 。
7.2.1.2 芯模材料对制品的影响 石膏模与钢模的比较见表7-2 。
缠
绕 纤维缠绕轨迹：
规
由圆筒上的螺旋线
律 和封头上与极孔相切的
空间曲线组成。
图7-17 螺旋缠绕
13
第七章 缠绕成型工艺
（3）纵向缠绕 （又称平面缠绕）
课件
7.3
导丝头在固定平面
内做匀速圆周运动，芯
模绕自轴慢速旋转，导
丝头转一周，芯模转动
缠 绕
的微小角度近似一个纱 片宽度，这种缠绕方法 称为平面缠绕。
7.2.1
芯模材料对制品的影响主要有：
膨胀系数对产品尺寸的影响；
芯
弹性模量对产品尺寸精度的影响；
模
导热系数对产品固化度的影响；
材
芯模中水份对产品固化的影响。
料
7.2.1.3 选择芯模材料应注意的问题
1～4 P163
7
第七章 缠绕成型工艺
7.2.2 芯模的结构形式
7.2.2.1 实心或空心整体式芯模
（1）环向缠绕
芯模自转一周，导丝头近似移动一个纱片宽度的缠绕，称环向缠绕。 （只能缠绕直筒段）
封头 纱带
筒身
7.3
缠
绕
规
律
b
图7-15 环向缠绕
11
第七章 缠绕成型工艺
课件
纱片螺距：
W＝πDctgα
7.3
纱片宽：
b＝πDcosα
缠
则：b＝ wsinα
Hale Waihona Puke 2.0绕1.5
规
1.0
其中α是纱片与芯 0.75