缠绕成型工艺课件

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1、课件,7 缠绕成型工艺,第七章 缠绕成型工艺,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,课件,7.1.1 纤维缠绕工艺的分类,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,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,课件,7.1.1 纤维缠绕工艺的分类,第七章 缠绕成型工艺,绕线筒,张力控制器,预浸槽,小车,吐丝嘴,芯模,基本纤维缠绕机,课件,第七章 缠绕成型工艺,缠绕工艺流程图,7.1.1 纤维缠绕工艺的分类,课件,7.1.1 纤维缠绕工艺

2、的分类,第七章 缠绕成型工艺,7.1.1.1 干法缠绕,干法缠绕特点：,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。,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(100200m/min); 缠绕设备清洁，劳动卫生条件好；预浸设备投资大。,课件,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：,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

3、维护刷洗。,7.1.1 纤维缠绕工艺的分类,课件,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。,7.1.1 纤维缠绕工艺的分类,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。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.2 纤维缠绕制品的优点,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

4、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 () 增强材料纤维含量高达80%,(1) 比强度高,课件,第七章 缠绕成型工艺,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。,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。,7.1.2 纤维缠绕制品的优点,(2) 可靠性高,(3) 生产效率高,(4) 材料成本低,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.3 原材料,主要有纤维增强材料与树脂基体两大类,选择原则,7.1.3 原材料,缠绕制品的使用性能要求,工艺性

5、要求,经济性要求,产品的各项设计性能指标,课件,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。,7.1.3 原材料,(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； (2) 满足制品的性能要求； (3) 纤维都必须进行表面处理； (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。,选用要求：,改善与树脂基体的浸润性和粘附性,课件,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

6、氧树脂(双酚A型)、酚醛环氧树脂(环氧改性酚醛树脂)。,7.1.3 原材料,不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。 不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。,课件,第七章 缠绕成型工艺,环氧树脂(双酚A型),7.1.3 原材料,分子结构以分子链中含有活泼的环氧基团为特征,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.3 原材料,酚醛环氧树脂(环氧改性酚醛树脂)。,酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂，一般常指由

7、苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂，它是最早合成的一类热固性树脂。,苯酚,甲醛,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.3 原材料,热塑性酚醛树脂 以酸类为催化剂，酚和醛的比例大于1，在合成过程中不会形成三向网络结构，在进一步的固化过程中必须加入固化剂。可溶、可熔，分子内不含羟甲基。,或,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.3 原材料,热固性酚醛塑料 甲醛过量，以酸或碱为催化剂，或甲醛虽不过量，但以碱为催化剂，含有可进一步反应的羟甲基活性基团，如果合成不加以控制，会使体型缩聚反应一直进行至形成不熔、不溶的具有三向网络结构的固化树脂。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.3 原材料,课件,第七章 缠

8、绕成型工艺,7.1.3 原材料,热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂能相互转化,课件,第七章 缠绕成型工艺,选用要求：考虑制品的性能要求，如强度、耐热、耐老化性等， 工艺性好，对玻璃纤维有良好的粘结和浸润性，粘度低，固化温度不高； 断裂延伸率与纤维匹配； 固化收缩率低并毒性小; 来源广泛，价格低。,7.1.3 原材料,课件,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）。,7.1.4 缠绕制品的应用,发动机壳体,大型运载火箭的燃料箱,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.4 缠绕制品的应用,缠绕复合材料压力容器在航空、航天、造船等领

9、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。,压力容器,球形,椭球形,课件,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。,7.1.4 缠绕制品的应用,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。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.4 缠绕制品的应用,立式贮罐,课件,第七章 缠绕成型工艺,7

10、.1.4 缠绕制品的应用,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。,压力容器,车用压缩天然气气瓶,供养瓶,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.1.4 缠绕制品的应用,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,课件,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

11、的原因是什么？,7.1.5 缠绕工艺的现状及发展,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2 芯模,7.2.1 芯模材料,外形同制品内腔形状尺寸一致,对芯模要求,(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。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.1 芯模材料,7.2.1.1 常用材料,7.2.1 芯模材料,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

12、，脱模时加入热水搅拌溶解或用蒸汽熔化。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.1 芯模材料,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。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.1 芯模材料,石膏芯模同金属材料相比优缺点：,优点：,缺点：,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。,课件,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,7.2.1 芯模材料,选定芯模材料应根据制品的生产批量、尺寸形状及性

13、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。,课件,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,采用易敲碎的材料; 可溶或易熔盐类； 低熔点金属； 由可溶或易熔粘结剂粘起来的集合体。,7.2.2 芯模的结构形式,将其熔化用铸造法浇铸成壳体，脱模时加入热水溶解。,加热熔化铸造成空心壳体，脱模时采用蒸汽熔化,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.2.2 组合式芯模,分瓣式,7.2.2 芯模的结构形式,采用弓形铝合金片构成回转体，外

14、表面涂刮一层石膏层,采用石膏隔板支撑金属细管，捆扎后外表刮石膏，封头亦用石膏制作,用金属管捆扎成芯模，外表层刮石膏,全部采用金属构件装配，外表层刮石膏,隔板式,捆扎式,框架装配式,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.2.3 石膏隔板组合式芯模,石膏隔板组合式芯模,7.2.2 芯模的结构形式,由芯轴、预制石膏板、铝管及石膏面层等部分构成,优点：,高温固化，石膏脱水对制品质量有影响，不适于加压固化；一个芯模使用一次，仅适用于单件和小批量生产,成型工艺简单、成本低，适用于大型芯模，尺寸精度高,缺点：,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.2.4 管道芯模,整体式芯模,开缩式芯模,整体式芯模,用于直径小

15、于800mm的管子生产,开缩式芯模,用于直径大于800mm的管子生产,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),7.2.2 芯模的结构形式,芯模有中心轴，沿轴一定距离有一组可伸缩辐条式机构支撑轮状环。用于支撑芯模外壳。脱模时，通过液压的机械装置，使芯模收缩并从固化的制品中脱下来、然后再将芯模恢复到原始位置。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.3 芯模设计,7.2.2 芯模的结构形式,基本要求,(1) 能够承受缠绕过程的工作荷载、自重及加工时的机械荷载； (2) 具有定刚度，在使用期间保持合乎要求的尺寸； (3) 能经受固化温度的作用； (4

16、) 易于脱模。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.2.2 芯模的结构形式,芯模设计的内容,(1) 芯模材料及结构型式的选定； (2) 脱模方法及程序的制定(大型组装式芯模)； (3) 总体结构与芯模零部件设计，包括刚度、强度设计计算； (4) 芯模制造的技术经济指标分析。,7.2.3.3 芯模强度、刚度计算,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.3 缠绕规律,学习内容,7.3 缠绕规律,7.3.1 概述,7.3.2 螺旋缠绕线型,7.3.3 转速比,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.3.1 概述,1. 缠绕规律的内容,7.3 缠绕规律,2. 缠绕线型分类,？,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。,课件,第七章 缠绕成型工艺,7.3 缠绕规律,(1) 纤维既不重叠又不离缝，均匀连续布满芯模表面。,(2) 纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。,注意,课件,第七章 缠绕成型工艺,2. 缠绕线型分类,环