纤维缠绕技术研究与应用发展趋势.pdf

纤维缠绕技术研究与应用发展趋势 孔庆宝 (哈尔滨玻璃钢研究所，哈尔滨复合材料开发总公司 哈尔滨 150036) 摘 要 简单回顾发展历程，重点论述纤维缠绕技术研究的重大迸展;固体火箭发动机 普遍采用碳纤维复合材料壳体;高压管和特种玻璃钢管;地下汽油贮罐。CNG气瓶和600兆 瓦发电机用锥壳代表 厂日前最重要的开发应用;旅客车厢的缠绕成型是新的技术突破;缠绕 技术在基础设施领域的应用是潜在的巨大市场。 关键词 纤维缠绕 复合材料 玻璃钢 发展趋势 市场 1 引 言 第一个纤维缠绕技术专利于1946年在美国注册p,s,s7随即针对固体火箭发动机壳体 和压力容器开展系统研究。1961年美国召开第一次纤维缠绕学术研讨会I].ASTM与美 国海军1962年6月举办标准化讨论会LU。第一本纤维缠绕专著于1964年问世[z7。在此前 后，纤维缠绕发动机壳体、压力容器、机头雷达罩和导弹头锥、鱼雷发射管及玻璐钢管 等，都得到正式应用。其明显的优越性获得公认，应用领域不断扩大，销售量持续增长， 有关的产品标准和设计规范、原材料和设备供应体系逐渐完善，标志着纤维缠绕技术趋 于成熟。然而，当时的纤维缠绕技术基本上只能制造凸形回转体，应用范围受到限制，在 各种制造工艺中所占比重一直不大，即使在美国也不过 10/so,欧洲及日本则少得多。 近年来，应用开发速度明 表1 不同制造工艺的比较 显加快。据报道，1996年西欧 典型成型效率 里 成型工艺 相对部件重量 相对部件成本 纤维缠绕制品市场销售量为8 万吨，到2001年预计可达到 手铺单向带 4 3 . 1 1 4 1 0 1 :.: 手铺织物 4 5 0 1 2 1 12万吨，增加50%，年增长率 自动铺带机 9 0 8 0 . 为 10%左右，明显高于大多数 纤维缠绕 脚 M 成型工艺技术9月。这主要是因 带缠绕 :‘ 为，在日趋激烈的材料市场竞 争中，焦点始终集中在价格和制造工艺自动化，以及由此带来的高结构效率及其稳定性。 这正是纤维缠绕技术的固有特长。通用纤维缠绕技术不断完善和提高，原材料和辅助材 料配套体系可以满足不断提高的使用要求，使复合材料高结构效率这一特性更加突出，竞 争能力更强，更有吸引力;一系列新的纤维缠绕技术解决了特殊结构形状的适应能力向 题，开辟了新领域。所有这些都为纤维缠绕技术带来新的市场机遇。几种不同工艺制造 的高性能复合材料部件的制造成本和重量比较如表 1=8(所示。 随着环保法规越来越严格，要求提高资源的有效利用和节约，特别是水资谏日趋脸 20 乏，水质净化和供应系统，污水收集、输送及处理系统，化学工艺管路及介质输送管路 的腐蚀渗漏等，成为普遍关注的社会问题，给纤维缠绕玻璃钢管、罐和塔器带来了更大 的市场机遇。纤维缠绕技术的研究和应用，正在步入一个新的高速发展时期。 2 复合材料发动机壳体带动纤维缠绕技术起飞 2.1 增强材料的更新换代推动复合材料发动机壳体发展 ，「、，m.-u7 有记录的纤维缠绕制品的最早应用是 1945年制成的玻璃钢环，用于原子弹工程，后 来发展成NOI，的基础。1948年研制成玻璃钢锥形壳体，用作X248型火箭发动机喷管出 口锥。第一个玻璃钢火