纏繞工藝參數

    纏繞工藝過程中的主要工藝參數有纖維烘干和熱處理、紗片寬度、纏繞張力、纏繞速度、固化制度、環境溫度、濕度、膠液浸漬及含量分布等。
    選擇合理的纏繞工藝參數是充分發揮原料特性,制造高質量纖維纏繞制品的重要條件。影響纖維纏繞制品性能的主要工藝參數如下。
    1、纖維熱處理和烘干
    纏繞成型用的玻璃纖維一般都選用1200Tex、2400 Tex、4800 Tex的纏繞專用紗,這種纏繞用玻璃纖維粗紗都是采用增強型浸潤劑,但使用前的烘干處理時間應更長些。
    由于纖維使用的各種浸潤劑通常都是水溶性的,以及存儲不當也會吸附大量水分。纖維表面的這些過量游離水分不僅影響樹脂基體與纖維的粘合,同時將引起應力腐蝕,并使微裂紋等缺陷進一步擴展,從而使制品強度和耐老化性能下降。因此,纖維在使用前需要烘干處理。纖維烘干制度視纖維含水量和紗團的大小而定,通常無捻紗在60~ 80℃烘干24h,用烘干紗纏繞的制品強度比未經烘干處理紗的制品強度高4%。
    2、浸膠與膠液含量
    含膠量對制品的性能影響很大,表現在:
    1)影響制品的質量和厚度;
    2)含膠量過高使制品強度降低,容易使制品內部膠液分布不均勻,造成應力集中,引起局部破壞;
    3)含膠量過低會使制品孔隙率增加,使制品氣密性、耐老化性能及剪切強度下降,同時也影響纖維強度的發揮。
    因此,纖維浸膠過程中必須嚴格控制含膠量,保證整個纏繞過程前后含膠量均勻(制品厚度方向膠液分布均勻)。纖維纏繞制品的含膠量,須根據制品使用要求而定,一般含膠量范圍為17-25%(質量含量),以20%為佳。
    纖維含膠量是在浸膠過程中進行控制的。浸膠過程可以分為二個階段:先是將膠液涂敷在纖維表面。之后,膠液向增強材料內部擴散和滲透。這兩個階段通常是同時進行的。浸膠方式主要有兩種:沉浸式浸膠通過擠膠輥壓力來控制含膠量;表面帶膠式浸膠通過調節刮刀與膠輥的距離,以改變膠輥表面膠層厚度,而達到控制含膠量量的目的。浸膠槽應裝備恒溫水域,以控制膠液溫度(粘度)。對高溫固化樹脂基體,膠槽水溫一般控制在40°C左右。對常溫固化樹脂基體。水溫一般控制在20°C左右。
    影響含膠量的因素很多,主要有膠液粘度、纏繞張力、浸膠時間及刮膠機構效能等。
    為保證纖維浸漬充分,樹脂含量均勻,并使紗片中的氣泡盡量逸出,要求膠液粘度要低,通??刂圃?. 35-1. 0Pa•s范圍內。采用加熱(膠槽恒溫)和加入稀釋劑可以有效控制膠液粘度。但都帶來一定副作用。提高溫度會縮短樹脂膠液的適用期;加入溶劑,在成型時若去除不凈會在制品中形成氣泡,影響制品強度。但如果選擇合適的加熱溫度和易揮發的溶劑,或采用活性稀釋劑,或對膠紗采取烘干措施等,上述問題會得到克服。
    3、纏繞張力
    纏繞張力是指在纏繞過程中,纖維所受到的張緊力。是纏繞工藝的重要參數。纏繞過程中纖維所受張力的大小、各束纖維張力的均勻性,以及各纏繞層之間纖維的張力均勻性,對制品的性能質量影響很大。
    1)對復合材料制品機械性能的影響:制品的強度和抗疲勞性能與纏繞張力有密切關系。張力過小,制品強度偏低,內襯充壓時的變形較大,變形越大其抗疲勞性能就越差;張力過大,則纖維磨損增大,從而使制品強度下降。若張力波動較大,使各層纖維的初始應力狀態不同,不能同時承載,也導致整個制品強度下降。
    2)對復合材料制品密實程度的影響:在纏繞成型過程中,由于膠液中有揮發性氣體的存在.使制品中產生許多微孔。過多的微孔不僅使制品機械性能下降,而且會使制品氣密性變差。纏繞張力是控制和限制孔隙含量的決定性因素之一。
    3)對復合材料含膠量的影響:纏繞張力增大,含膠量降低。張力波動也使纏繞制品內外層膠質含量不均,導致不均勻的應力分布而影響制品性能。大量實踐和研究表明,在纏繞過程中,如果纖維張力選擇不當或不能得到有效控制,可導致終制品的強度損失20-30%。所以,在復合材料纏繞加工中,必須對纏繞張力加以有效控制,以發揮纏繞工藝的優勢,加工出合格的復合材料制品。
    纏繞張力的大小,可以通過計算確定,根據經驗,一般初張力可以按照纖維強度的5~ 10%選取。
    纏繞各層間張力對制品的力學性能亦有影響。如果纏繞張力始終保持一致,則會使制品各纏繞層之間出現內松外緊現象,使內層纖維張力降低,甚至松弛,造成纖維皺褶。固化后,纖維初始應力不均勻狀態會
大大降低制品強度和疲勞性能。
    為避免出現內松外緊現象,可以采用逐層纖維張力遞減的方法,盡可能使各層纖維在纏繞完成后所受的張力相等。纖維纏繞時的張力遞減值可以通過計算確定,根據經驗,一般取每層遞減5~ l0N每層遞減比較麻煩,可簡化為每2-3層遞減一次。遞減值等于逐層遞減之和。實踐證明,采用纏繞張力遞減法制成的容器爆破強度比未采用張力遞減法的。