缠绕成型工艺
缠绕成型工艺实验
2.高压氧气瓶铝内胆缠绕芯模；3.圆轴钢模；4.600Tex缠绕纱五．实验步骤1.在老师的指导下，熟悉计算机控制缠绕机的操作程序，开启缠绕机，在“机器调整”的窗口下使小车、伸臂、丝嘴分别以较慢的速度正反向动作一次，并回到原点。
2.根据轴对称压力容器缠绕模具的基本尺寸（如图1、图2）和缠绕线性要求设定缠绕机的材料参数、工艺参数并保存好缠绕文件；材料参数纱团数树脂含量纤维密度（3/g cm）纱片宽度（mm）纤维Tex（g/km）树脂密度(3/g cm)是否采用计算机设定张力张力采样间隔(s)2 30% 2.54 4 1200 1.25 0 103.按纱团数要求，安装纱团、排好纱线、安装模具；4.挂上纤维束，开始试验模型缠绕；5.换上圆轴钢模，按上述2—4步骤做定长管非测地线稳定缠绕的实践操作。
五．思考与讨论1.纤维缠绕成型工艺的技术特点是什么？纤维缠绕成型的优点①能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；②比强度高：一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻40～60%；③可靠性高：纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定，精确；④生产效率高：采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快（240m/min），故劳动生产率高；⑤成本低：在同一产品上，可合理配选若干种材料（包括树脂、纤维和内衬），使其再复合，达到最佳的技术经济效果。
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，才能获得较的的技术经济效益。
2.纤维缠绕时纤维张力大小有何影响？(1)张力对制品机械性能有影响。
张力过小，则制品强度偏低。
（2）张力对制品密实程度有影响。
缠绕成型工艺的优缺点分析
缠绕成型工艺的优缺点分析
缠绕成型工艺是一种常用的复合材料加工技术，将预先融化的材料通过机械设备缠绕在模具上进行成型。
以下是缠绕成型工艺的优缺点分析：
优点：
1. 设计灵活性较高：缠绕成型工艺可以生产各种不同形状和尺寸的产品，可以满足不同需求。
2. 成本较低：相对于其他复合材料加工工艺，缠绕成型工艺的生产成本较低，适用于大批量生产。
3. 强度高：通过缠绕成型工艺制造的产品具有较高强度，适用于各种高强度应用场景。
4. 耐腐蚀性好：由于采用了复合材料，缠绕成型产品具有较好的耐腐蚀性能，适用于一些特殊环境。
缺点：
1. 设备投资较高：缠绕成型过程需要专用的设备和模具进行操作，设备的投资成本较高。
2. 制造工艺复杂：缠绕成型过程需要严格控制工艺参数和工艺流程，操作技术要求较高。
3. 耗时较长：相比于其他加工方法，缠绕成型工艺的生产周期较长，不适合需求紧迫的场合。
4. 不适合大型异型产品：由于缠绕成型需要在模具上进行成型，对于大型异型
产品来说，模具制造和操作相对困难。
综上所述，缠绕成型工艺具有一定的优点和缺点，应根据具体需求和产品特性来选择是否采用该工艺。
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。
缠绕
四、纤维缠绕规律 缠绕成型工艺要求连续纤维按照芯模和馈送纤维的丝嘴两个 系统相对运动的变化，在芯模上绕制成各种花纹。 要制成可用的制品，则必须要求把纤维按一定规律均匀地布满 在整个心模表面上。这种规律，就被称之为缠绕规律。 缠绕规律由芯模与丝嘴之间相对运动关系所决定。 缠绕规律可归结为环内缠绕、纵向平面缠绕和螺旋缠绕三种 类型。
缠绕成型工艺 一、 概 述 定义：将经过浸胶的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到 芯模上，然后固化成为制品的方法，称为纤维或布带缠绕工艺。 特点：1、制品的比强度和比刚度较高；2、制品结构合理； 3、缠绕工艺的机械化程度比较高，生产效率也较高；4、可成 型各种尺寸的制品； 5、设备投资较大 ；6、目前缠绕成型工 艺主要用于缠绕两端带封头的圆柱形、球形及某些外凸型回转 形压力容器。 分类：根据缠绕时树脂基体所处的化学物理状态不同，缠绕 工艺可分为干法、湿法及半干法三种。
缠绕过程中芯模与丝嘴的相对关系 1、单切点缠绕
丝嘴在芯模的纵向上经历了一个往复，同时围绕芯模旋转了 θ1，θ1角称为缠绕中心角。其值为：θ1=360+∆θ
∆θ与纱片宽度有关，设纱片宽为b，则：
式中D为圆筒段直径，α为圆筒段的缠绕角
(b)是单切点线型的另一种情况，称为“8”字形单切点缠绕线型， 其标准线在芯模的圆筒段上发生一次相交。丝嘴沿芯模纵向经历一 个往复，同时围绕芯模旋转角度为：
1 环向缠绕规律 线型：缠绕时，芯模绕本身轴线作匀速转动，丝嘴沿芯模筒 体段轴线方向均匀移动。芯模每转一周，丝嘴移动一个纱片宽度， 如此循环下去直至纱片均匀地布满芯模筒体段表面为止。 特点：1、 环向缠绕的纤维只提供环向强度；2、纤维的缠绕 角(即纤维缠绕在芯模上时，纤维方向与芯模轴线之间的夹角)通 常在85～90度之间。 方法：实现环向缠绕的缠绕机运动速比可以定义为：在单位 时间里芯模的转数Zm与丝嘴移动距离T的比值，即
(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。
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。
15.【复合材料】第3章 缠绕成型工艺1
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
7.2.1.2 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；
缠绕成型工艺文件
缠绕成型工艺文件缠绕成型工艺是一种常用的制造工艺，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、建筑等领域。
本文将从工艺流程、材料选择、设备要求等方面介绍缠绕成型工艺文件的相关内容。
一、工艺流程缠绕成型工艺的流程一般包括以下几个步骤：1. 准备工作：包括确定产品设计要求、选择合适的材料、准备模具等。
2. 简化模型制作：根据产品的几何形状，制作简化模型，用于计算纤维预浸料的用量和布放方式。
3. 纤维预浸料制备：将纤维和树脂进行预浸润处理，以提高纤维和树脂的结合力。
4. 缠绕工艺参数确定：根据产品的要求和纤维预浸料的性能，确定缠绕工艺参数，如缠绕角度、缠绕速度等。
5. 缠绕成型：根据缠绕工艺参数，在模具上进行纤维的缠绕成型。
6. 固化处理：对缠绕成型后的产品进行固化处理，使其达到设计要求的性能。
7. 后续处理：包括修整、表面处理等，以提高产品的外观和性能。
二、材料选择在缠绕成型工艺中，常用的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
选择合适的纤维材料需要考虑产品的使用环境、强度要求、重量限制等因素。
同时，还需要选择合适的树脂，常见的树脂有环氧树脂、酚醛树脂等。
三、设备要求缠绕成型工艺需要使用一些专用设备，包括缠绕机、模具、树脂喷涂设备等。
缠绕机是实现纤维缠绕的主要设备，其性能和控制系统的稳定性对产品的成型质量有着重要影响。
模具的设计和制作需要根据产品的几何形状和尺寸进行，模具的表面光洁度和耐磨性也是关键因素。
树脂喷涂设备用于将树脂均匀地喷涂到纤维上，以提高纤维和树脂的结合力。
四、缠绕成型工艺文件的编制缠绕成型工艺文件是指对缠绕成型工艺进行规范和记录的文件。
它包括产品的设计要求、工艺参数、材料选择、设备要求、操作规程等内容。
编制缠绕成型工艺文件的目的是为了保证产品的质量和一致性，提高生产效率。
工艺文件的编制应根据实际情况进行，包括以下几个方面：1. 产品设计要求：包括产品的几何形状、尺寸、强度要求等。
2. 工艺参数：根据产品的要求和材料的性能，确定缠绕角度、缠绕速度、固化温度等参数。
纤维缠绕工艺及设备最新进展
纤维缠绕工艺进展一缠绕成型工艺简介缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。
根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。
1. 干法缠绕干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。
由于预浸纱（或带）是专业生产，能严格控制树脂含量（精确到2%以内）和预浸纱质量。
因此，干法缠绕能够准确地控制产品质量。
干法缠绕工艺的最大特点是生产效率高，缠绕速度可达100～200m/min，缠绕机清洁，劳动卫生条件好，产品质量高。
其缺点是缠绕设备贵，需要增加预浸纱制造设备，故投资较大此外，干法缠绕制品的层间剪切强度较低。
2. 湿法缠绕湿法缠绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。
湿法缠绕的优点为：①成本比干法缠绕低40%；②产品气密性好，因为缠绕张力使多余的树脂胶液将气泡挤出，并填满空隙；③纤维排列平行度好；④湿法缠绕时，纤维上的树脂胶液，可减少纤维磨损；⑤生产效率高（达200m/min）。
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可供湿法缠绕的树脂品种较少。
3. 半干法缠绕半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模的途中，增加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶剂除去，与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，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。
纤维缠绕成型的优点①能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；②比强度高：一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻40～60%；③可靠性高：纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定，精确；④生产效率高：采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快（240m/min），故劳动生产率高；⑤成本低：在同一产品上，可合理配选若干种材料（包括树脂、纤维和内衬），使其再复合，达到最佳的技术经济效果。
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。
缠绕成型工艺及应用
缠绕成型工艺及应用缠绕成型工艺是一种常见的制造工艺，它通过将长纤维材料缠绕在模具上，经过热固化或冷固化等加工工艺形成具有一定形状和结构的成品。
这种工艺广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车、船舶、化工和建筑等。
缠绕成型工艺的基本原理是利用纤维的延展性和可塑性，通过自动缠绕设备将纤维材料以一定的规律缠绕在模具表面上。
一般情况下，纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
这些纤维材料具有高强度、耐热、耐腐蚀等特性，能够有效增加成品的强度和耐用性。
在缠绕成型工艺中，常见的缠绕方式有圆周缠绕、斜层缠绕和螺旋缠绕。
圆周缠绕是指沿着模具的轴向方向将纤维材料均匀地缠绕在模具上；斜层缠绕是指将纤维材料以一定的角度缠绕在模具上，这样可以增加成品的强度和刚度；螺旋缠绕是指将纤维材料以螺旋状的方式缠绕在模具上，这样可以使成品具有更好的耐疲劳性能。
缠绕成型工艺的应用十分广泛。
在航空航天领域，缠绕成型工艺可以用于制造飞机机身、发动机外壳和飞行控制面等部件，这些部件需要具有高强度和低重量的特性。
在汽车工业中，缠绕成型工艺可以用于制造车身部件和悬挂系统等，这些部件需要具有高刚度和耐冲击性能。
此外，缠绕成型工艺还可以用于制造船舶的船体、潜水器的壳体等。
在化工领域，缠绕成型工艺可以用于制造化工设备的容器、管道和阀门等。
这些设备需要具有耐腐蚀性和耐高温性能。
在建筑领域，缠绕成型工艺可以用于制造各种异型结构件，如碳纤维制品、玻璃纤维制品和混凝土增强材料等。
总的来说，缠绕成型工艺是一种重要的制造工艺，它可以制造出高性能、轻量化和耐用的成品。
随着纤维材料的发展和工艺的不断改进，缠绕成型工艺在各个领域的应用也将更加广泛。
第《7》章缠绕成型工艺汇总
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
缠绕成型工艺在现代工业生产中，缠绕成型工艺作为一种重要的制造技术，广泛应用于多个领域，为我们的生活带来了诸多便利。
缠绕成型工艺是一种将连续的纤维丝束或带材按照特定的规律缠绕在芯模上，然后通过固化等处理步骤，使其成为具有一定形状和性能的复合材料制品的工艺方法。
这种工艺具有许多独特的优点，使其在众多制造工艺中脱颖而出。
首先，缠绕成型工艺能够制造出高强度、高刚度的制品。
由于纤维在缠绕过程中能够按照最优的受力方向进行排列，从而充分发挥纤维的增强作用，使得最终制品具有出色的力学性能。
这一特点使得缠绕成型制品在航空航天、汽车、船舶等对材料性能要求较高的领域得到了广泛应用。
比如，飞机的机翼、火箭的发动机壳体等关键部件，很多都是采用缠绕成型工艺制造的。
其次，缠绕成型工艺具有良好的可设计性。
通过调整纤维的缠绕角度、层数和分布方式，可以精确地控制制品的性能和形状。
这使得设计师能够根据不同的使用需求，定制出具有特定性能的产品，大大提高了产品的适应性和竞争力。
再者，缠绕成型工艺生产效率较高。
相比于一些传统的制造工艺，缠绕成型可以实现自动化生产，减少了人工干预，提高了生产速度和产品的一致性。
而且，在大规模生产中，其成本相对较低，具有明显的经济优势。
缠绕成型工艺的过程看似简单，实则包含了许多复杂的技术环节。
首先是芯模的设计与制造。
芯模是缠绕成型的基础，其形状和尺寸直接决定了最终制品的形状和尺寸。
芯模的材料通常要具有足够的强度和刚度，以承受缠绕过程中的压力和张力，同时还要便于脱模。
然后是纤维的准备。
纤维的种类、规格和性能对制品的质量有着重要影响。
常见的纤维材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
在缠绕前，纤维需要经过预处理，如浸润树脂、烘干等，以保证纤维与树脂的良好结合。
接下来是缠绕过程。
这是整个工艺的核心环节。
纤维按照预定的规律缠绕在芯模上，缠绕的方式有多种，如环向缠绕、螺旋缠绕和纵向缠绕等。
不同的缠绕方式可以组合使用，以达到最佳的制品性能。
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
缠绕成型的工艺参数
缠绕成型的工艺参数
缠绕成型的工艺参数主要包括以下几个方面：
1. 纤维烘干处理及时间：这一步骤主要是对纤维进行烘干处理，以去除其中的水分和杂质，为后续的缠绕工作做准备。
纤维的烘干时间需要控制在一定的范围内，以确保其质量和性能。
2. 浸胶方式及含胶量：浸胶是纤维缠绕过程中的一个重要步骤，它涉及到将纤维浸入到胶液中，使其充分渗透并均匀涂布在纤维表面。
含胶量是指纤维表面涂布的胶液量，它对制品的性能和外观质量都有一定的影响。
3. 缠绕张力：缠绕张力是控制纤维缠绕过程中纤维张紧程度的参数，它对制品的密实度和纤维的排列方向都有一定的影响。
合理的缠绕张力可以提高制品的强度和刚度。
4. 缠绕规律：缠绕规律是指纤维缠绕过程中纤维的走向、角度、排列等参数，这些参数对制品的结构和性能都有一定的影响。
合理的缠绕规律可以提高制品的稳定性和可靠性。
5. 固化：固化是将已经缠绕成型的制品进行加热或加压处理，使其定型并保持一定的形状和性能。
固化的温度、压力和时间等参数需要根据制品的材料和性能要求进行选择和控制。
6. 检测：检测是对制品进行质量检测和控制的环节，它涉及到制品的外观、尺寸、物理性能等方面的检测和控制。
检测的准确性对于保证制品的质量和性能具有重要意义。
这些是缠绕成型工艺中的主要参数，不同的参数组合会对制品的质量和性能产生不同的影响，因此在实际生产中需要根据制品的要求进行选择和调整。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纤 维 缠 绕 工 艺 的 分 类
7.1.1
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。
第七章 缠绕成型工艺
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
课件
纤 维 缠 绕 制 品 的 优 点
7.1.2
（1）比强度高
（2）生产成本低 （3）生产效率高 7.1.3 原材料
课件
缠 绕 规 律
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。
纤维缠绕轨迹： 由圆筒上的螺旋线 和封头上与极孔相切的 空间曲线组成。
图7-17 螺旋缠绕
第七章 缠绕成型工艺
（3）纵向缠绕 （又称平面缠绕）
课件
缠 绕 规 律
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 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。
缠 绕 规 律
7.3
环向缠绕
纵向缠绕 螺旋缠绕
第七章 缠绕成型工艺
（1）环向缠绕
课件
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）
缠 绕 规 律
7.3
封头 纱带
筒身
b
图7-15 环向缠绕
第七章 缠绕成型工艺
b
课件
纱片螺距：
W＝πDctgα α
πD
纱片宽：
D
缠 绕 规 律
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 。
芯 模 材 料
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； 弹性模量对产品尺寸精度的影响； 导热系数对产品固化度的影响； 芯模中水份对产品固化的影响。 7.2.1.3 选择芯模材料应注意的问题 1～4 P163
“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。
第七章 缠绕成型工艺
7.3.3 螺旋缠绕的转速比
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
课件
芯 模 的 结 构 形 式
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 分瓣式、隔板式、捆扎式、框架装配式， 图7-2 7-3 7-4
7.2.2.3 石膏隔板组合式芯模 图7-5
第七章 缠绕成型工艺
7.3
图7-18 平面缠绕
第七章 缠绕成型工艺
△θ
课件
2r
2
b le1
b
lc
le2
α
lc
缠 绕 规 律
图7-19 平面缠绕参数关系图 平面缠绕、缠绕角的正切值为：
r1 r 2 tg lc le1 le 2
πD
2r
1
a
D
s
7.3
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。
“标准线”是反映缠绕规律的基本线型。
第七章 缠绕成型工艺
（2）一个完整循环的切点数及分布规律 a、切点位置“时序相邻”和“位置相邻”的概念
课件
螺 旋 缠 绕 线 型
7.3.2
在极孔圆周上按时间顺序相继出现的两个切点称为时序相邻的两切
点。 时序相邻的切点的位臵只能有两种情况：
1）、两切点紧密排布，中间不能再加入其他切点，则 称为两切点“位臵相邻”。
第七章 缠绕成型工艺
（2）树脂体系 包括树脂及各种助剂、填料等。 常用的有：
课件
纤 维 缠 绕 制 品 的 优 点
7.1.2
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）。
选用要求：①工艺性好； ②断裂延伸率与纤维匹配； ③固化收缩率低并毒性小; ④来源广泛,价格低。 7.1.4 缠绕制品的应用范围 军工方面： 民用方面： 化工、石油、环保、建筑等领域的管道、贮罐等。 航空、航天、导弹（发动机壳体、高压容器、导弹发射筒 等）。
K值需要使K/n为最简真分数。
第七章 缠绕成型工艺
例： n＝8 由上述分析可知： K/n＝1/8，3/8，5/8，7/8
课件
螺 旋 缠 绕 线 型
7.3.2
在一个完整循环中，切点数不同，纤维缠绕的线型不同；如果在一个完整的 循环中，切点数相同而切点排布顺序不同，则线型也不相同；切点数相同，而 切点排布顺序也相同，导丝头往返一次芯模旋转的N值不同，线型也不相同。
1）时序相邻的两切点位臵也相邻。即在出现与初始切点位臵相邻的切点 以前，极孔上只有一个切点，这种缠绕线形称单切点线型。
2）在出现与起始切点位臵相邻的切点以前，极孔上已经出现了两个或两 个以上切点，即时序相邻切点位臵不相邻，这种缠绕线形称为多切点线型。
第七章 缠绕成型工艺
在极孔上的切点线型排布见图7-20，7-21。
作业： 1、什么是“标准线”缠绕？
2、在螺旋缠绕中什么是切点的“时序相邻”？什么是
“位置 相邻”？ 3、螺旋缠绕中，纤维均匀布满芯模的充要条件是什么？ 4、芯模转角θn的公式推导。
第七章 缠绕成型工艺
7.3.2.2 纤维缠绕芯模转角（即缠绕中心角）与线型的关系
课件
设完成一个n切点的完整循环缠绕，芯模转角为θ，导丝头每往返一次 芯模转角为θn，则：
第七章 缠绕成型工艺
7.3 缠绕规律
7.3.1 概述 7.3.1.1 缠绕规律的内容
课件
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。 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 满芯模表面。 （2）纤维在芯模表面位臵稳定，不打滑。 7.3.1.2 缠绕线型分类
课件
b i D cos
证明 ： 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， 由速比定义有：
缠 绕 规 律
7.3
1 i n
在芯模筒段，纱片的有效宽度
b b cos
第七章 缠绕成型工艺
缠满整个筒体的必要条件是：
课件
b D nb n cos
=
b i cos
2）、两切点之间还可以加入其他切点，称此两切点位 臵不相邻。
第七章 缠绕成型工艺
b、单切点与多切点的概念
课件
完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上只有一个切点的情况称单切点 缠绕。
螺 旋 缠 绕 线 型
7.3.2
完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上有多个切点的情况称多切点缠 绕。
完成一个完整的循环缠绕有两种情况：
（N=0，1，2，· · ） ·· ··
其中Δθ是使位臵相邻的两切点，对应的纱片在筒身段错开一个纱片的距
n个切点： θn=（1/n+N）360°±Δθ/n
第七章 缠绕成型工艺
课件
但是，n≥3时各切点的排序与时间顺序不一定一致，如图7-21，例如θ3 有2个值：
θ3-1=（1/3+N）360°±Δθ/3
（比强度高的原因有四点 P160）;
（玻璃纤维用量可达80％）; （可实现机械化、自动化操作）。
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。 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， P161 。
螺 旋 缠 绕 线 型
7.3.2
θn＝θ/n θn的推导： 单切点： 离。 两切点：一个完整循环导丝头往返2次才错过一个Δθ，导丝头往返一次时应错 开Δθ/2。则有： θ2=（1/2+N）360°±Δθ/2 三切点： θ3=（1/3+N）360°±Δθ/3 P173-174
θ1=（1+N）360°±Δθ
课件
M i0 S0 n
芯模转数与导丝头往返次数之比。 考虑到速比微调部分（即纱片宽度对应角度）的影响，实际转速比：
转 速 比
7.3.3
K i ( N) 360 n n 360
n
芯模转角微小增量△θ的计算：
b 360 cos D
b-纱片宽度；α-缠绕角。
螺 旋 缠 绕 线 型
7.3.2
θ3-2=（2/3+N）360°±Δθ/3 θ5有4个值： θ5-1=（1/5+N）360°±Δθ/5 θ5-2=（2/5+N）360°±Δθ/5 θ5-3=（3/5+N）360°±Δθ/5 θ5-4=（4/5+N）360°±Δθ/5
则对于θn有：
θn＝（K/n +N）360°±△θ/n
课件
螺 旋 缠 绕 线 型
7.3.2
3 3 2 1
1
2
4
单切点线型
双切点线型
图7-20 单切点与双切点排布图
第七章 缠绕成型工艺
1 1 5 4 3 1 1 2 4 2 3 3 2 3 3 2 4 1 2 4 1 3
课件
螺 旋 缠 绕 线 型
7.3.2
3
1
2 42
5
1 5
5
2
3
4
n=3
n=4
n=5
图7-21 多切点的排布图
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。