第6章、缠绕成型工艺

第6章、缠绕成型工艺

§6-1、概述

定义：将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强材料制品的工艺过程。

因此三大过程：预浸、缠绕、固化脱模。

细节见图7-1

§6-1-1、缠绕工艺分类及特点

1、干法缠绕

预浸纱带（布带），加热粘流后缠绕。

特点：严格控制纱带含胶量和尺寸，质量稳定，速度快，劳卫条件好，投资大。

2、湿法缠绕

浸渍无捻粗纱直接缠绕。

特点：材料经济，质量不稳。

3、半干法缠绕

预浸渍粗纱（或布带）随即缠绕到芯模上。

特点：无需整套设备，烘干快，室温操作。

§6-1-2、缠绕制品特点

1、比强度高

F：3Ti，4Steel。

原因：

(1)表面缺陷小

(2)避免纵横交织点和末端的应力集中

(3)可控方向与数量，实现等强

(4)纤维含量高80%

2、可靠性高

克服材料的韧性不够及缺口带来的可靠性降低。

3、生产率高

机械化，大批量。

4、成本低

无捻减少了纺织等其它工费。

缺点：形状限制，投资大，必须大批量。

§6-1-3、原材料

纤维增强材料，树脂基体

选择原则：满足设计性能指标，工艺性参数及经济性要求。

1、增强材料

玻纤（无碱，中碱无捻粗纱，高强纤维），碳纤维，芳纶纤维等。

纤维要求：

(1)高档产品：碳纤维，芳纶纤维

(2)制品性能要求

(3)表面处理

(4)与树脂浸渍性好

(5)各股张力均匀

(6)成带性好

2、树脂基体

指合成树脂与各种助剂组成的基体体系。

选用要求：

(1)工艺性好，粘度与适用期最重要，适用量>4小时,η=0.35~1Pa·S。

(2)树脂基体的断裂伸长率与增强材料相匹配，方能获得满意效果。

(3)固化收缩率低和毒性刺激小

(4)来源广、价格低

§6-1-4、应用

航天、导弹、军用飞机、水下装置，高强度、质量轻的高压容器，壳体。

民用管道，贮罐，质轻，耐腐，费低。

形成缠绕工艺的两部分——空间技术及民用部分。

§6-2、缠绕规律

§6-2-1、缠绕规律的内容

由导丝头（绕丝嘴）和芯模的相对运动实现。

1、纤维不重叠不离缝，均匀连续布满芯模表面。

2、纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。

这是缠绕线型必须满足的两点。

所谓缠绕规律：是描述纱片均匀稳定连续排布芯模表面以及芯模与导丝头间运动关系的规律。

§6-2-2、缠绕线型的分类

环向缠绕、纵向缠绕和螺旋缠绕

1、环向缠绕

芯模绕轴匀速转动，导丝头在筒身区间作平行于轴线方向运动。

环向缠绕参数关系：

W=π D ctgα

b=π D cosα

b/D=π cosα

D：芯模直径

b：纱片宽

α：缠绕角

W：纱片螺距

2、螺旋缠绕

芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向反复运动。

3、纵向缠绕（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。

图

tgα=(r1+r2)/(l c+l e1+l e2)

两封头极孔相同时：

tgα=2r/(2l e + l c)

即：α=tg-12r/(2l e + l c)

平面缠绕的速比：单位时间内，芯模旋转轴数与导丝头绕芯模旋转的圈数比。（即芯模转一周时，导丝头绕芯模旋转的圈数）

纱片宽度为b，缠绕角为α，则速比为：

i=b/π D cosα0

i=(Δθ/360°·1/t)/(1/t)

由图π D：360°=S：Δθ，S=b/cosα代入i

纵向、环向缠绕视作螺旋缠绕的特例。纤维在芯模表面上排布规律的研究是通过研究切点在极孔周围上的分布和出现的规律来解决。

——切点法描述缠绕规律的基本思路。

§6-3-3、线型

线型的定义：

——即连续纤维缠绕在芯模表面上的排布形式。

完整循环定义：

——由导丝头在芯模上完成一次不重复的纤维布线称为“标准线”。——反应规律的基本线型。

完成一个标准纹缠绕称为一个完整循环。

1、切点及分布规律

每条纱片在芯模极孔圆周上只有一个切点，在一个完整循环中，极孔圆周上只有一个切点，称为单切点。

在一个完整循环中，有两个以上切点称为多切点。

切点排布顺序：

单切点：n=1

n=2

n=3,n=4,n=5见图7-21

2、芯模转角与线型关系

导丝头一个单程，芯模转角θt

导丝头往返一次，芯模转角θn

则θn=2θt

一个完整循环（导丝头n次往返），芯模转角θ，θn=θ/n

(1)单切点：芯模转角θ1=1个完整循环缠绕的芯模转角θ

θ1’=360°±Δθ

以后的θ1=(1+N) 360°±Δθ

(2)两切点：

芯模转角θ2’=1/2·(360°±Δθ)

以后的θ2=1/2·(360°±Δθ)+N ·360°=(1/2+N) 360°±Δθ/2

(3)三切点：

(4)四切点：

(5)五切点： (6)n 切点：

θn =(K/n + N)360°±Δθ/n

K/n 最简真分数

各切点不同排布顺序的个数

暂不考虑微调量，线型以导丝头往返一次时，芯模旋转的转数来表示。

S 0=K/n + N= θn /360°=M/n

其中M=K + nN

M ：一个完整循环的芯模转数

则六切点以内的线型S 0所对应的n ，K ，N ，θn 值由表7-3表示。

例如：4切点的线型S 0

n=4，K=3，N=3

芯模转角θn =1350°

M/N=15/4

芯模转数为15，导丝头往返数为4。

§6-3-3、转速比

1、转速比定义：

简称速比，单位时间内，芯模转数与导丝头往返次数之比。

i 0=M/n

考虑速比微调部分，实际转速为：

i=θn /360°±Δθ/(n ·360°)=(K/n + N) ±Δθ/(n ·360°)

2、i 0与S 0的关系

见书P173