热固性复合材料纤维缠绕工艺的关键技术.doc

热固性复合材料纤维缠绕工艺的关键技术 玻璃纤维缠绕是玻璃钢结构生产中的一种重要的成型工艺。由于这种工艺易于实现机械化、自动化，与其它成型工艺相比，劳动强度低，产品的质量稳定，成本低，因此得到了广泛的应用。 1、纤维缠绕工艺 纤维缠绕工艺一般可分为干法缠绕和湿法缠绕两类。所谓干法缠绕，是将干纤维束缠绕在芯模上，然后喷涂树脂，并用压辊滚压浸透的工艺方法。采用这种方法缠绕，设备清洁，可改善劳动条件，但对连续纤维的无捻性、浸透性要求较严，并需要充分滚压，否则容易发生干裂现象。 湿法缠绕是将浸胶后的玻璃纤维集束，在一定张力控制下直接缠绕在芯模上的工艺方法。采用这种方法可使不同规格纤维有较强的适应性，无需滚压即可使纤维充分浸透。使用这种方法生产的产品质量稳定，气密性能好。但对缠绕过程的各个环节需要严格的人工维护，从而增加了劳动强度。例如，导丝头、浸胶槽等装置在每次缠绕结束后必须认真刷洗，使其保持良好的清洁状态 无论采用上述哪一种缠绕工艺，选择纤维缠绕方向是十分重要的，因为纤维缠绕方向可以决定其结构在不同方向的强度比，可使玻璃钢结构获得合理的强度分配。内压圆筒是一个典型的例子，采用接近缠绕角θ=55°，就可使结构在环向与轴向的强度比（2：1），恰好与实际受力状态一致。 缠绕制品多为圆柱体、球体等，本讲座以管、罐为例讨论纤维缠绕工艺。 2、缠绕成型工艺原理 2.1 缠绕规律的分类： 2.1.1环向缠绕 这是圆柱体圆周方向的缠绕。缠绕时，芯模绕自己轴线作匀速转动，导丝头在平行于芯模轴线方向的筒身区间运动，芯模每转一周，导丝头移动一个纱片宽度，如此循环下去，直至纱片布满芯模圆筒段表面为止。环向缠绕的特点是：缠绕只能在筒身段进行，不能缠封头（曲面体）。邻近纱片之间相接而不相交。纤维的缠绕角通常在85～90°之间。为使纱片能一束挨一束地布满芯模表面，必须保证芯模旋转与导丝头平移，使这两个运动相互协调。 2.1.2 螺旋缠绕 芯模绕自己轴线匀速转动，导丝头按特定速度沿芯模轴线方向往复运动。于是，在芯模的筒身和封头上就实现了螺旋缠绕，其缠绕角约为12-70°。 在螺旋缠绕中，纤维缠绕不仅在圆筒段进行，而且在封头(曲面体)上也可进行。纤维从容器一端的极孔圆周上某点出发（或从圆筒体上），随后，按螺旋线轨迹经过圆筒段，进入另一端封头，如此循环下去，直至芯模表面均匀布满纤维止。由此可见，纤维缠绕的轨迹是由圆筒段的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线所组成。在缠绕过程中，纱片若以右旋螺纹缠到芯模上，返回时，则以左旋螺纹缠到芯模上。 螺旋缠绕的特点是每条纤维都对应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，就构成了双层纤维层。 2.1.3纵向缠绕 纵向缠绕又称平面缠绕，缠绕时导丝头在固定平面内做均匀圆周运动，芯模绕自己轴线慢速旋转，纵向缠绕一般用于小压力容器和球形等制品，本讲座不讨论次缠绕方法。[] 2.2 缠绕规律 任何形式的缠绕，都是芯模与导丝头作相对运动完成的。如果纤维是无规则地乱缠，势必出现纤维在芯模表面离缝或重迭，以及纤维滑线不稳定的现象。显然，这是不能满足产品设计要求和使用要求的，因此，要求芯模与导丝头应按一定的规律运动，并满足如下两点要求： ⑴ 纤维既不重迭又不离缝，均匀连续缠满芯模表面。 ⑵ 纤维在芯模表面位置稳定不打滑。 纤维在芯模表面满足上述条件的排布规律，以及为实现排布规律，导丝头与芯模的相对运动关系，这就是缠绕规律（亦叫线型）。由于环向缠绕的规律比较简单，且在一定条件下，可以看作螺旋缠绕的特例 。缠绕规律是保证缠绕制品质量的重要前提，是产品设计的重要依据，同时又是缠绕设备运动机构设计的依据。 2.3 线型 线型是连续纤维在芯模表面上的排布方式，用切点法描述螺旋缠绕的线型时，主要是使线型与切点数和分布规律联系起来进行研究。2.3.1 纤维在芯模表面均匀布满的条件 ⑴ 一个完整循环的概念 螺旋缠绕时，由导丝头引入的纤维，自芯模上某点开始，导丝头经过若干次往返运动后，纤维又缠回到原来的起始点上。这样一次布线称为“标准线”，完成一个标准线缠绕，或者说完成与初始切点重合的缠绕，我们称之为一个完整循环。而标准线是反映缠绕规律的基本线型。 ⑵ 一个完整循环缠绕的切点数及分布规律 单切点和多切点 完成一个完整循环缠绕有两种情况：第一种情况是与起始点位置相邻的切点在时序上也相邻，这种情况我们称之为单切点。第二种情况是与起始切点位置相邻的切点在时序上不相邻。也就是说在出现与起始