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
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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。
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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。
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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
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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；
(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%
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第七章 缠绕成型工艺
制品质量高而稳定，可实现机 械化、自动化操作，生产效率 高，便于大批量生产。
所用增强材料大多是无捻粗纱 等连续纤维，减少了纺织和其 它加工费用，材料成本低。
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第七章 缠绕成型工艺
7.1.3 原材料
集束
浸胶
烘干
络纱
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 打模喷漆 成品
张力控制 纵、环向缠绕 芯模制造 固化 脱模
缠绕工艺流程图
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第七章 缠绕成型工艺
7.1.1.1 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。
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；Байду номын сангаас胶辊、张力辊等 要经常维护刷洗。
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第七章 缠绕成型工艺
7.1.1.3 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。
特点：
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。
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第七章 缠绕成型工艺
7.1.1.2 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。
特点：
第七章 缠绕成型工艺
7.1 概述
决定产品形状的模具 7.1.1 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。
小车 芯模 张力控制器 绕线筒 预浸槽 吐丝嘴
基本纤维缠绕机
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第七章 缠绕成型工艺
胶液配制 纱团 湿 法 缠 绕 成 型 工 艺
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第七章 缠绕成型工艺
7.1.4 缠绕制品的应用
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）。
发动机壳体
大型运载火箭的燃料箱
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第七章 缠绕成型工艺
缠绕复合材料压力容器在航空、航天、造船等领 域获得广泛应用。碳纤维和芳纶纤维缠绕的薄壁金属 内衬高压容器结构效率高、性价比高，是航天飞机和 人造地球卫星的首选。充装介质有氮气、氧气、氢气 和氦气，形状多为环形、球形和扁椭球形。
(2) 满足制品的性能要求；
改善与树脂基体的 (3) 纤维都必须进行表面处理； 浸润性和粘附性 (4) 与树脂浸渍性好，浸透速度快；
(5) 各股纤维张力均匀； (6) 成带性好，不起毛，不断头。
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第七章 缠绕成型工艺
（2）树脂体系
树脂及各种助剂、填料等
常用：
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)。
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第七章 缠绕成型工艺 石膏芯模同金属材料相比优缺点：
优点：
价格低廉；成型工艺简单，容 易成型各种复杂形状；特别是不宜 进行机械加工的大型制品更为适宜； 脱模容易。
缺点：
强度低，导热系数差。特别是在高 温下强度降低并放出水分。
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第七章 缠绕成型工艺
7.2.1.3 选择芯模材料应注意的问题
(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) 芯模材料不为树脂腐蚀，不能影响树脂系 统固化； (3) 多孔性材料有吸湿性，使用前必须烘干； (4) 为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成 分亦应均匀。
立式贮罐
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第七章 缠绕成型工艺
压力容器 小型压力容器在个人生命保障系统获得成功应用： 消防员、登山队员的供氧器，特点：重量轻、便 于携带、高疲劳寿命和高可靠性的综合特性。
供养瓶
车用压缩天然气气瓶
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第七章 缠绕成型工艺
电气工程中应用
纤维缠绕技术制造输配电电 线杆、天线杆及工程车臂杆
纤维缠绕车用飞轮转子
纤维缠绕天线杆
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第七章 缠绕成型工艺
7.1.5 缠绕工艺的现状及发展
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。
作业：1、干法缠绕、湿法缠绕的特点分别是什么？
2、缠绕制品比强度高的原因是什么？
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第七章 缠绕成型工艺
7.2 芯模
外形同制品内腔形状尺寸一致
(1)足够的强度和刚度。制造过程中要求芯模能够保证 制品的结构尺寸及承受张力、固化热应力的载荷等。 (2)必须满足制品的精度要求。 (3)制作工艺简单、周期短，材料来源广，价格低。 (4)制品完成后，要求芯模能顺利清除干净，而不影响 制品质量。
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第七章 缠绕成型工艺
7.2.1 芯模材料