纏繞成型工藝是將浸過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維(或布帶、預(yù)浸紗)按照一定規(guī)律纏繞到芯模上,然后經(jīng)固化、脫模,獲得制品。根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹(shù)脂基體的物理化學(xué)狀態(tài)不同,分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。
(1)干法纏繞:干法纏繞是采用經(jīng)過(guò)預(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶,在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預(yù)浸紗(或帶)是專業(yè)生產(chǎn),能?chē)?yán)格控制樹(shù)脂含量(精確到2%以內(nèi))和預(yù)浸紗質(zhì)量。因此,干法纏繞能夠準(zhǔn)確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的最大特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高,纏繞速度可達(dá)100~200m/h,纏繞機(jī)清潔,勞動(dòng)衛(wèi)生條件好,產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點(diǎn)是纏繞設(shè)備貴,需要增加預(yù)浸紗制造設(shè)備,故投資較大此外,干法纏繞制品的層間剪切強(qiáng)度較低。
(2)濕法纏繞:濕法纏繞是將纖維集束(紗式帶)浸膠后,在張力控制下直接纏繞到芯模上。濕法纏繞的優(yōu)點(diǎn)為:①成本比干法纏繞低40%;②產(chǎn)品氣密性好,因?yàn)槔p繞張力使多余的樹(shù)脂膠液將氣泡擠出,并填滿空隙;③纖維排列平行度好;④濕法纏繞時(shí),纖維上的樹(shù)脂膠液,可減少纖維磨損;⑤生產(chǎn)效率高(達(dá)200m/h)。濕法纏繞的缺點(diǎn)為:①樹(shù)脂浪費(fèi)大,操作環(huán)境差;②含膠量及成品質(zhì)量不易控制;③可供濕法纏繞的樹(shù)脂品種較少。
(3)半干法纏繞:半干法纏繞是纖維浸膠后,到纏繞至芯模的途中,增加一套烘干設(shè)備,將浸膠紗中的溶劑除去,與干法相比,省卻了預(yù)浸膠工序和設(shè)備;與濕法相比,可使制品中的氣泡含量降低。
三種纏繞方法中,以濕法纏繞應(yīng)用最為普遍。干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術(shù)領(lǐng)域。
纖維纏繞成型的優(yōu)點(diǎn) :
①能夠按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計(jì)纏繞規(guī)律,使能充分發(fā)揮纖維的強(qiáng)度;
②比強(qiáng)度高:一般來(lái)講,纖維纏繞壓力容器與同體積、同壓力的鋼質(zhì)容器相比,重量可減輕40~60%;
③可靠性高:纖維纏繞制品易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn),工藝條件確定后,纏出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,精確;
④生產(chǎn)效率高:采用機(jī)械化或自動(dòng)化生產(chǎn),需要操作工人少,纏繞速度快(240m/h),故勞動(dòng)生產(chǎn)率高;
⑤成本低:在同一產(chǎn)品上,可合理配選若干種材料(包括樹(shù)脂、纖維和內(nèi)襯),使其再?gòu)?fù)合,達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
纏繞成型的缺點(diǎn):
①纏繞成型適應(yīng)性小,不能纏任意結(jié)構(gòu)形式的制品,特別是表面有凹的制品,因?yàn)槔p繞時(shí),纖維不能緊貼芯模表面而架空;
②纏繞成型需要有纏繞機(jī),芯模,固化加熱爐,脫模機(jī)及熟練的技術(shù)工人,需要的投資大,技術(shù)要求高,因此,只有大批量生產(chǎn)時(shí)才能降低成本,才能獲得較的的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
纏繞成型的原材料主要是纖維增強(qiáng)材料、樹(shù)脂和填料。
(1)增強(qiáng)材料:纏繞成型用的增強(qiáng)材料,主要是各種纖維紗:如無(wú)堿玻璃纖維紗,中堿玻璃纖維紗,碳纖維紗,高強(qiáng)玻璃纖維紗,芳綸纖維紗及表面氈等。
(2)樹(shù)脂基體:樹(shù)脂基體是指樹(shù)脂和固化劑組成的膠液體系。纏繞制品的耐熱性,耐化學(xué)腐蝕性及耐自然老化性主要取決于樹(shù)脂性能,同時(shí)對(duì)工藝性、力學(xué)性能也有很大影響。纏繞成型常用樹(shù)脂主要是不飽和聚酯樹(shù)脂,也有時(shí)用環(huán)氧樹(shù)脂和雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂,聚氨酯樹(shù)脂等。對(duì)于一般民用制品如管、罐等,多采用不飽和聚酯樹(shù)脂。對(duì)力學(xué)性能的壓縮強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度要求高的纏繞制品,則可選用環(huán)氧樹(shù)脂。航天航空制品多采用具有高斷裂韌性與耐濕性能好的雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂。
(3)填料:填料種類(lèi)很多,加入后能改善樹(shù)脂基體的某些功能,如提高耐磨性,增加阻燃性和降低收縮率等。在膠液中加入空心玻璃微珠,可提高制品的剛性,減小密度降低成本等。在生產(chǎn)大口徑地埋管道時(shí),常加入30%石英砂,借以提高產(chǎn)品的剛性和降低成本。為了提高填料和樹(shù)脂之間的粘接強(qiáng)度,填料要保證清潔和表面活性處理。
纏繞工藝應(yīng)用范圍:航天、導(dǎo)彈、軍用飛機(jī)、水下裝置,高強(qiáng)度、質(zhì)量輕的高壓容器,殼體。民用管道,貯罐,質(zhì)輕,耐腐,費(fèi)低。