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1、7. 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。工艺流程图： P159 图7-1 干法缠绕、湿法缠绕。 7.1.1.1 干法缠绕 将预浸纱带（或预浸布），在缠绕机上经加热至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。 图7-1 缠绕工艺流程图干法缠绕特点： 制品质量稳定（含胶量、尺寸等）；缠绕速度快（100200m/min）; 劳动卫 生条件好；预浸设备投资大。 7.1.1.2 湿法缠绕 将无捻粗纱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
2、；便于选材；纱片质量及张力需严格控制，固化时易产生气泡。 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。 （2）树脂体系 包括树脂及各种助剂、填料等。 常用的有： 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）。 选用要求：工艺性好； 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。 7.1.4 缠绕制品的应用范围军工方面： 航空、航天、导弹（发动机壳体、高压容器、导弹发 射筒等）。 民用方面： 化工、石油、环保、建筑等领域的管道、贮罐等。 7.1.3 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
3、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。 7.2 芯模 7.2.1 芯模材料 7.2.1.1 常用材料芯模材料对制品的影响主要有： 膨胀系数对产品尺寸的影响； 弹性模量对产品尺寸精度的影响； 导热系数对产品固化度的影响； 芯模中水份对产品固化的影响。 7.2.1.3 选择芯模材料应注意的问题14 P163 主要是钢材、木材、塑料、铝、石膏、水泥等。水泥、石膏芯模材料的性能见表7-1 。7.2.1.2 芯模材料对制品的影响 石膏模与钢模的比较见表7-2 。 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或可溶性的盐类。7.
4、2.2.2 组合式芯模分瓣式、隔板式、捆扎式、框架装配式，图7-2 7-3 7-4 7.2.2.3 石膏隔板组合式芯模 图7-5 7.2.2.4 管道芯模整体式芯模 开缩式芯模 图7-6 7-7 整体式芯模 用于直径小于800mm的管子生产。 开缩式芯模 用于直径大于800mm的管子生产。 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)。7.2.3 芯模设计 P165169 自学7.3 缠绕规律7.3.1 概述 7.3.1.1 缠绕规律的内容 对缠绕线形的两点要求： （1）纤维既不重合又不离缝，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。 7
5、.3.1.2 缠绕线型分类环向缠绕 纵向缠绕 螺旋缠绕 所谓缠绕规 律是描述纱片均匀、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。（1）环向缠绕 芯模自转一周，导丝头 近似移动一个纱片宽度的缠绕，称环向缠绕。（只能缠绕直筒段）图7-15 环向缠绕封头 纱带筒身b纱片螺距： WDctg 纱片宽： bDcos 则：b wsin 其中是纱片与芯模轴线的交角称缠绕角。图7-16 环向缠绕参数关系图WDDb90 80 70 60 50 402.01.51.00.750.500.250（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
6、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： 由圆筒上的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线组成。图7-17 螺旋缠绕（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，芯模转动的微小角度近似一个纱片宽度，这种缠绕方法称为平面缠绕。 图7-18 平面缠绕 平面缠绕、缠绕角的正切值为： 图7-19 平面缠绕参数关系图lcle1le22r12r2baDsDlcb平面缠绕的速比： 芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比。 证明 ： 因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一层。设此时丝头转 了n圈，由速比定义
7、有： 在芯模筒段，纱片的有效宽度 缠满整个筒体的必要条件是：=则： bb7.3.2 螺旋缠绕线型 7.3.2.1 纤维在芯模表面均匀布满的条件（1）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（空间点），导丝头经过 若干次往返运动后，又缠回到原来的起始点上（空间点）。这样在芯模上所完成的一次（不重复）布线称为“标准线”。完成一个标准线缠绕 称为一个完整循环。 “标准线”是反映缠绕规 律的基本线型。 作业：1、什么是螺旋缠绕？ 2、写出平面缠绕速比的表达式并加以证明。 （2）一个完整循环的切点数及分布规律a、切点位置“时序相邻”和“位置相邻”的概念 在极孔圆周上按时间顺
8、 序相继出现的两个切点称为时序相邻的两切点。 时序相邻的切点的位置只能有两种情况： 1）、两切点紧密排布，中间不能再加入其他切点，则 称为两切点“位置相邻”。 2）、两切点之间还可以加入其他切点，称此两切点位 置不相邻。 b、单切点与多切点的概念 完成一个完整循环缠绕 ，极孔圆周上只有一个切点的情况称单切点缠绕。 完成一个完整循环缠绕 ，极孔圆周上有多个切点的情况称多切点缠绕。完成一个完整的循环缠绕有两种情况： 1）时序相邻的两切点位置也相邻。即在出现与初始切点位置相邻的切点以前，极孔上只有一个切点，这种缠绕线 形称单切点线型。2）在出现与起始切点位置相邻的切点以前，极孔上已经出现了两个或两个
9、以上切点，即时序相邻切点位置不相邻，这种缠绕线 形称为多切点线型。 在极孔上的切点线型排布见图7-20，7-21。 单单切点线线型 双切点线线型图7-20 单切点与双切点排布图1233124n=3 n=4 n=5图7-21 多切点的排布图1231231234123412345142531352415432c、一个完整循环的n个切点必将等分极孔圆周 由于芯模匀速转动，丝嘴每往返一次的时间又相同。因此，一个完整循环的n点切点必将等分极孔圆周。 3）、纤维在芯模表面均匀布满的条件 a、一个完整循环的诸切点均布在极孔圆周上。b、位置相邻的两切点所对应的纱片在筒身段错开的距 离等于一个纱片宽度。作业：
10、1、什么是“标准线”缠绕？ 2、在螺旋缠绕中什么是切点的“时序相邻”？什么是“位置 相邻”？ 3、螺旋缠绕中，纤维均匀布满芯模的充要条件是什么？ 4、芯模转角n的公式推导。7.3.2.2 纤维缠绕芯模转角（即缠绕中心角）与线型的关系 设完成一个n切点的完整循环缠绕 ，芯模转角为，导丝头 每往返一次芯模转角为n，则： n/n n的推导： P173-174 单切点： 1=（1+N）360 （N=0，1，2，） 其中是使位置相邻的两切点，对应的纱片在筒身段错开一个纱片的距离。两切点：一个完整循环导丝头 往返2次才错过一个，导丝头往返一次时应错开/2。则有： 2=（1/2+N）360/2三切点： 3=
11、（1/3+N）360/3 n个切点： n=（1/n+N）360/n 则对于n有：n（K/n +N）360/nK值需要使K/n为最简真分数。 但是，n3时各切点的排序与时间顺 序不一定一致，如图7-21，例如3有2个值： 3-1=（1/3+N）360/3 3-2=（2/3+N）360/35有4个值： 5-1=（1/5+N）360/5 5-2=（2/5+N）360/5 5-3=（3/5+N）360/5 5-4=（4/5+N）360/5“线型”以导丝头 往返一次芯模旋转的转数来表示:S0 n /360 K/n + NM/nM=K + nNS0-表示线形； M一个完整循环芯模转数；n切点数，也是一个完
12、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、n值。由上述分析可知： 在一个完整循环中，切点数不同，纤维缠绕 的线型不同；如果在一个完整的循环中，切点数相同而切点排布顺序不同，则线型也不相同；切点数相同，而切点排布顺序也相同，导丝头 往返一次芯模旋转的N值不同，线型也不相同。 例： n8K/n1/8，3/8，5/8，7/87.3.3 螺旋缠绕的转速比芯模转数与导丝头 往返次数之比。 考虑到速比微调部分（即纱片宽度对应角度）的影响，实际转 速比： 芯模转角微小增量的计算： b-纱片宽度；-缠绕角。7.3.4 线型设计7.4 缠绕工艺设计7.4.1 内压容器的结构选型
13、P1801827.4.2 缠绕类型的选择 平面缠绕适合于球形，扁球形制品。长形管状制品一般采用螺旋缠绕。 缠绕内压容器时，极少采用纯螺旋缠绕，多采用螺旋缠绕与环向缠绕的组合缠绕。 原因： （1）几何条件的限制，即封头测地线要求，难 以完全实现。（2）纯螺旋缠绕纤维 交叉程度大，易产生分层。 7.4.3 螺旋缠绕线型参数选择 (1)实际缠绕 角应控制在测地线缠绕 角（偏离810以内。 ）(2)切点数不易过多，切点过多时，切点处纤维交叉次数 多，极孔附近容易出现架空。(3)螺旋缠绕与环向缠绕应交替进行。(4)封头应逐渐扩大，减少应力集中。7.4.4 工艺参数纤维热处理： 增强型浸润剂无捻纱，608
14、0，24h； 石蜡浸润剂型纤维， 350， 57h （除去纤维表面蜡类物质）。 浸胶方式：两种 P185，图33，34 胶含量控制： 20左右胶液粘度： 0.351.0 Pa.S 缠绕张 力的影响： P185187 张力过小，制品强度偏低，容器充压时变 形大，疲劳性能差；张力过大纤维磨损大，使纤维强度损失制品强度下降。张力大小应适中、均匀。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：P188190 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。 图7-33 沉浸式浸胶图7-34 表面带胶式浸胶胶槽纤维挤胶辊胶槽纤维刮刀胶辊
