纏繞類型的選擇

    一種制品,應選定哪類纏繞,取決于下列因素。
    1、制品的結構形狀和幾何尺寸
    螺旋纏繞應用普遍,對于長形管狀制品是為理想的。平面纏繞主要用于球形、扁橢球、長徑比小于4的筒形容器的纏繞。此外,也適用于兩封頭不等極孔容器的纏繞。對這類容器如果采用螺旋纏繞,為保證兩個極孔不同的封頭實現等張力封頭結構,則要求在兩個封頭上都按照各自的測地線纏繞,而這種雙重纏繞角的實現是比較困難的。若兩封頭不按測地線進行纏繞,就勢必要增加產品重量。而對于平面纏繞,兩極孔不同則影響不大。為防止纖維打滑,平面纏繞通常采用預浸紗(干法)纏繞。同時,極孔直徑一般不得超過筒體直徑的30%。
    2、強度要求
    螺旋纏繞,纖維在筒身上交叉程度相當大,從強度觀點看是不利的。因為交叉點處的纖維在承載狀態下有被拉直的趨勢,纖維交叉程度大就容易產生分層和損壞。其次,由于纖維交叉孔隙率偏高,而孔隙率是使制品剪切強度降低的主要原因。平面纏繞,纖維在筒體是不交叉的,而以完整的纏繞層依次逐層重疊,排列較好。因此,平面纏繞可望獲得高強度,并因而減輕制品重量。
    3、荷載特性
    當制品受到內壓以外的荷載,如火箭發動機的飛行荷載或一般彎曲荷載時,平面和環向組合纏繞的設計靈活性較大。只要改變各方向纖維的用量就能獨立且方便地調整縱向和環向強度。
    螺旋纏繞結構,在設計和工藝上對于內壓以外荷載的適應性都較差。先分析筒形內壓容器,當僅受內壓荷載時,采用純螺旋纏繞,實現等強度很困難。計算表明,純螺旋纏繞筒體等強度纏繞角為54°44′。但無論對整個容器(包括封頭和筒體)的等強度設計或是工藝上都存在困難。問題出在封頭上。對于制品封頭形狀尺寸既定的條件下,其封頭測地線也是固定的。因此,可能因54°44′遠遠偏離測地線纏繞角而滑線,工藝上無法實現。即使勉強不滑線,也是保證了筒身的等強度而破壞了封頭等強度(等張力封頭的纖維纏繞軌跡必須是測地線),給封頭的設計造成困難。當r=Rsin54.7°時,筒身和封頭才能同時實現等強度設計。純螺旋纏繞對于內壓以外荷載的適應性也較差。主要是纏繞角度受均勻布滿幾何條件限制而不能隨意調整,于是在承載過程中,必然導致樹脂承受較大的載荷,樹脂基體的蠕變和疲勞性能趨于惡化,往往在較低纖維應力下就發生破壞。這種情況在持久荷載應力狀態下更容易造成制品剪切破壞。所以纖維纏繞內壓容器極少采用純螺旋纏繞,多采用螺旋纏繞加環向的組合線型纏繞。在平面纏繞中,上述情況將會減輕。雖然平面纏繞封頭纖維受力不均勻,沒有等張力封頭理想,但是纖維應力變化不大。當極孔與圓筒半徑比r0/R= 0.4時,纖維應力變化為12%。
    4、纏繞設備
    究竟采用哪種類型的纏繞機,要根據制品的結構和幾何尺寸、纏繞線型等綜合考慮決定。一般螺旋纏繞及螺旋加環向纏繞采用臥式小車環鏈式纏繞機。而平面纏繞或平面加環向纏繞一般采用搖臂式或跑道式纏繞機。目前,各種纏繞線型都可以在微機控制多軸纏繞機上實現。