回转体零件的缠绕成型工艺
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
第《7》章缠绕成型工艺
开缩式芯模
芯模有中心轴，沿轴一定距离有一组可伸缩辐条式 整体式芯模 —— 用于直径小于800mm的管子生产 机构支撑轮状环。用于支撑芯模外壳。脱模时，通 过液压的机械装臵，使芯模收缩并从固化的制品中 开缩式芯模—— 用于直径大于800mm的管子生产 脱下来、然后再将芯模恢复到原始位臵。 整体式芯模的要求： 1、具有经抛光的高精度表面 2、具有锥度，不小于1/1000(便于脱模)
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。 螺旋缠绕
32
第七章 缠绕成型工艺
（3）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，芯模转动微小角度， 反映在芯模表面上近似一 个纱片宽度。 纱片与芯模轴线间成0°~ 25°交角， 纤维轨迹是一条单圆平面封闭曲线。
11
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
12
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。
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。
5
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。
复合材料缠绕成型工艺
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
纤维缠绕设备与缠绕工艺控制概述
纤维缠绕设备与缠绕工艺控制概述通联航天工业有限公司贵州省贵阳市550009摘要缠绕是纤维增强树脂基复合材料回转体成型的主要方法之一，被广泛应用于航空航天、新能源、体育器材等领域。
成型设备和工艺控制是产品制备的关键因素。
本文概括了纤维缠绕成型设备的发展方向与优化研究进展，探讨了缠绕设备的主要结构，并阐述了缠绕成型中缠绕张力、缠绕角度控制对提高复合材料性能的影响。
关键词：缠绕成型；工艺控制；成型设备；复合材料引言先进复合材料具有高比强度、高比模量、热膨胀系数低等特点，广泛应用于航空航天、新能源、体育器材等领域[1-3]。
在众多复合材料成型技术之中，采用缠绕成型技术获得的复合材料制品具有成本低、性能稳定、易于后处理等优点。
缠绕成型设备大致可分为纤维缠绕机和布带缠绕机两种。
目前，纤维缠绕机相较于布带缠绕机其应用更为广泛、成本较低[4-5]。
纤维缠绕机的设计理念是根据车床而来，随着材料成型技术及设计理念的进步，纤维缠绕技术快速发展。
特别是工业机器人技术的出现，使更多复杂的缠绕方式得以实现，缠绕成型的制品从简单的筒型结构件进而转向更加复杂的异形结构件[6-7]。
与此同时，缠绕制品应用范围也从航空航天等高尖端领域逐渐拓宽到民用领域，如高压储罐、天然气运输管道、发电机叶片等[8-9]。
虽然缠绕技术发展迅速，但是在缠绕设备的优化设计与缠绕工艺参数调控方面仍然存在一些问题，亟需解决。
1.缠绕原理如图１所示[10]，湿法缠绕通常是指将单个或多个连续纤维丝束充分浸渍一定体积分数的树脂，按照特定绕线规律，在张力牵引下连续缠绕到模具上，待缠绕完成后，在室温或较高的温度下施加一定的压力将制品固化成型。
目前，应用较多的是被称为清洁纤维缠绕的先进结构，其特点是纤维（用于缠绕成型的增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等）通过一个旋转的滚筒，该滚筒仅部分浸没在浸渍槽中以吸收树脂（以热固性树脂为主），刮刀用于测量滚筒表面的树脂，在滚筒旋转时控制施加在纤维上的树脂量，并减少树脂槽的污染。
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
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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。
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
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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；
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。
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。
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
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题目：回转体零件的缠绕成型工艺【摘要】本论文主要阐述了回转体复合材料的缠绕成型规律以及其成型工艺过程，选择玻璃钢储罐的喷射缠绕成型工艺来综合概述复合材料的制备。
主要介绍了缠绕成型的具体操作，缠绕机的构成部分。
最后用喷射缠绕综合法制备玻璃钢储罐的全过程，包括原材料的制备，生产的工艺路线等。
关键词：纤维缠绕芯模缠绕机玻璃钢储罐喷射缠绕结构层Abstract: The caption .............Key words:目录1.缠绕成型概述 (19)1.1纤维缠绕成型技术 (20)1.1.1缠绕成型的应用 (21)1.1.2缠绕成型工艺分类 (19)1.1.3缠绕成型的特点 (20)1.2缠绕成型工艺流程 (21)2.缠绕成型工艺流程 (19)2.1芯模 (20)2.2芯模材料 (21)3.缠绕机 (19)3.1缠绕机的结构 (20)3.2机械式缠绕机的类型 (21)4.纤维缠绕机的影响因素 (19)4.1纤维缠绕成型特点 (20)5.玻璃钢储罐 (21)5.1玻璃钢储罐的性能 (19)5.2玻璃钢储罐的工艺方案 (20)5.2.1玻璃钢成型工艺 (21)5.2.2纤维缠绕玻璃钢 (19)5.3喷射缠绕成型优点 (20)6.产品的制备 (21)6.1材料准备 (19)6.2模具准备 (20)6.3喷射成型设备 (21)6.4喷射成型工艺控制 (19)6.4.1喷射工艺参数选择 (20)6.4.2喷射成型 (21)7.结构层成型 (19)7.1产品的主要承力层 (20)7.1.1工艺参数 (21)7.2外保护层 (19)7.3生产工艺流程 (20)7.4主要生产工序及技术要求 (21)结束语 (19)谢辞 (20)文献 (21)1.缠绕成型概述.1.1纤维缠绕成型技术纤维缠绕技术是一种广泛使用的加工技术，也是一种重要的技术手段。
早在上世纪40年代，美国就开始应用玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)。
纤维缠绕成型工艺技术起源于美国的原子能工程，美国的一家公司生产出了第一台投产工业的缠绕机，纤维缠绕成型是首先采用连续纤维浸渍树脂粘结剂后，在张力的作用下按照一定的规律缠绕到芯模上，然后经过固化、脱模获得制品的工艺过程。
1.1.1缠绕成型的应用缠绕成型可充分发挥复合材料的特性，一般不需要机械加工，而且纤维铺设方向标准。
缠绕成型是制造高强度复合材料制品的一种重要工艺方法，可充分发挥纤维拉伸强度高的特性，用于制造承受内外压、弯曲、扭转、轴向载荷等情况下的产品。
广泛应用于航空、航天、建材、化工等部门，可用来制造火箭发动机壳体、管道、压力容器等。
回转体复合材料的增强材料有连续纤维缠绕、平面织物剪切、立体织物等。
纤维缠绕主要用于简单的外凸形回转体,对于复杂回转体,不仅缠绕工艺复杂、成本高,设备投资也大。
平面织物剪贴将使纤维不连续,最终影响复合材料的力学性能,降低其承载能力。
目前生产的立体织物品种单一,且机械化程度低。
1.1.1.2缠绕成型工艺分类塑料强增始玻璃(俗称原子源起钢)艺开能要手重也用工段早美国代40年世纪就台性般不特材复合需械向标设铺而且挥发产出了生司家公第泛充分可机投业程方，将连下件的条续粗广渍带布砂或形线成型是绕缠纤维在控预定和力制张树浸使之固热加室脂化一术种技。
状法然温应上相后胶液品于内衬芯模腔尺寸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。
1.1.3缠绕成型的特点缠绕成型的特点: 1)制品呈各向异性，强度的方向性比较明显，层间剪切强度低，可按产品承受应力情况来设计纤维的缠绕顺序，使之充分发挥纤维的抗拉强度;2)容易实现机械化和自动化，产品质量较为稳定，因此易于重复生产高性能复合材料结构和大型零部件;3)缠绕设备简单易于实现，若配用不同的树脂基体和纤维的有机复合，则可获得最佳的技术经济效果。
4)制品的几何形状有局限性，仅适用于制造圆柱体、球体、锥体、椭圆体、某些正曲率回转体制品以及部分上述形体的条件组合，对负曲率回转体制品及绝大多数非回转体难以缠绕。
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。
1.2缠绕成型工艺流程纤维缠绕成型是首先采用连续纤维浸渍树脂粘结剂后，在张力的作用下按照一定的规律缠绕到芯模上，然后经过固化、脱模获得制品的工艺过程。
其工艺流程（图1-1）如下：图1-1 缠绕成型工艺流程2.缠绕成型的原材料缠绕成型的原材料主要是纤维增强材料、树脂和填料。
（1）增强材料缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱：如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等，在玻纤储罐成型中主要选用（2）树脂基体树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。
缠绕制品的耐热性，耐化学腐蚀性及耐自然老化性主要取决于树脂性能，同时对工艺性、力学性能也有很大影响。
缠绕成型常用树脂主要是不饱和聚酯树脂，也有时用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等。
对于一般民用制品如管、罐等，多采用不饱和聚酯树脂。
对力学性能的压缩强度和层间剪切强度要求高的缠绕制品，则可选用环氧树脂。
航天航空制品多采用具有高断裂韧性与耐湿性能好的双马来酰亚胺树脂。
（3）填料填料种类很多，加入后能改善树脂基体的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性和降低收缩率等。
在胶液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的刚性，减小密度降低成本等。
在生产大口径地埋管道时，常加入30%石英砂，借以提高产品的刚性和降低成本。
为了提高填料和树脂之间的粘接强度，填料要保证清洁和表面活性处理。
2.1芯模成型中空制品的内模称芯模。
一般情况下，缠绕制品固化后，芯模要从制品内脱出。
芯模设计的基本要求①要有足够的强度和刚度，能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷，如自重、制品重，缠绕张力，固化应力，二次加工时的切削力等；②能满足制品形状和尺寸精度要求，如形状尺寸，同心度、椭圆度、锥度（脱模），表面光洁度和平整度等；③保证产品固化后，能顺利从制品中脱出；④制造简单，造价便宜，取材方便。
2.2芯模材料缠绕成型芯模材料分两类：熔、溶性材料和组装式材料。
熔、溶性材料是指石蜡，水溶性聚乙烯醇型砂，低熔点金属等，这类材料可用浇铸法制成空心或实心芯模，制品缠绕成型后，从开口处通入热水或高压蒸汽，使其溶、熔，从制品中流出，流出的溶体，冷却后重复使用。
组装式芯模材料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等。
另外还有内衬材料，内衬材料是制品的组成部分，固化后不从制品中取出，内衬材料的作用主要是防腐和密封，当然也可以起到芯模作用，属于这类材料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。
3.缠绕机3.1缠绕机的结构纤维缠绕机是用于复合材料纤维缠绕制品的专用设备。
它的设计和生产在机械制造行业中的一个新门类。
鉴于缠绕制品的多样性和复杂性，以及在不同应用领域对缠绕制品的线型精度和质量要求方面的差异，目前缠绕机的通用化、标准化和系列化程度不高。
传统的缠绕机设计制造都是一个订单一个机型，生产方按照客户方的要求进行设计生产，每次都要重新完成一个设计周期。
而其中有许多设计要求在缠绕机结构形式上是相同或相似的，从而造成设计过程重复和资源浪费。
以CAD技术应用于纤维缠绕成形工艺中，可以由计算机来辅助人们完成产品设计、制造的各个环节的信息处理和辅助决策，并且可以缩短设计周期缠绕机是实现缠绕成型工艺的主要设备，对缠绕机的要求是：①能够实现制品设计的缠绕规律和排纱准确；②操作简便；③生产效率高；④设备成本低。
缠绕机主要由芯模驱动和绕丝嘴驱动两大部分组成。
(图2-1)图2-1 缠绕机示意图为了消除绕丝嘴反向运动时纤维松线，保持张力稳定及在封头或锥形缠绕制品纱带布置精确，实现小缠绕角（0°～15°）缠绕，在缠绕机上设计有垂直芯轴方向的横向进给（伸臂）机构。
为防止绕丝嘴反向运动时纱带转拧，伸臂上设有能使绕丝嘴翻志的机构。
我国60年代研制成功链条式缠绕机，70年代引进德国WE-250数控缠绕机，改进后实现国产化生产，80年代后我国引进了各种型式缠绕机40多台，经过改进后，自己设计制造成功微机控制缠绕机，并进入国际市场。
3.2机械式缠绕机类型（1）绕臂式平面缠绕机其特点是绕臂（装有绕丝嘴）围绕芯模做均匀旋转运动，芯模绕自身轴线作均匀慢速转动，绕臂（即绕丝嘴）每转一周，芯模转过一个小角度。
此小角度对应缠绕容器上一个纱片宽度，保证纱片在芯模上一个紧挨一个地布满容器表面。