熱固性復合材料纖維纏繞工藝的關鍵技術
玻璃纖維纏繞是玻璃鋼結構生產中的一種重要的成型工藝。由于這種工藝易于實現機械化、自動化,與其它成型工藝相比,勞動強度低,產品的質量穩定,成本低,因此得到了廣泛的應用。
1、纖維纏繞工藝
纖維纏繞工藝一般可分為干法纏繞和濕法纏繞兩類。所謂干法纏繞,是將干纖維束纏繞在芯模上,然后噴涂樹脂,并用壓輥滾壓浸透的工藝方法。采用這種方法纏繞,設備清潔,可改善勞動條件,但對連續纖維的無捻性、浸透性要求較嚴,并需要充分滾壓,否則容易發生干裂現象。
濕法纏繞是將浸膠后的玻璃纖維集束,在一定張力控制下直接纏繞在芯模上的工藝方法。采用這種方法可使不同規格纖維有較強的適應性,無需滾壓即可使纖維充分浸透。使用這種方法生產的產品質量穩定,氣密性能好。但對纏繞過程的各個環節需要嚴格的人工維護,從而增加了勞動強度。例如,導絲頭、浸膠槽等裝置在每次纏繞結束后必須認真刷洗,使其保持良好的清潔狀態
無論采用上述哪一種纏繞工藝,選擇纖維纏繞方向是十分重要的,因為纖維纏繞方向可以決定其結構在不同方向的強度比,可使玻璃鋼結構獲得合理的強度分配。內壓圓筒是一個典型的例子,采用接近纏繞角θ=55°,就可使結構在環向與軸向的強度比(2:1),恰好與實際受力狀態一致。
纏繞制品多為圓柱體、球體等,本講座以管、罐為例討論纖維纏繞工藝。
2、纏繞成型工藝原理
2.1 纏繞規律的分類:
2.1.1環向纏繞
這是圓柱體圓周方向的纏繞。纏繞時,芯模繞自己軸線作勻速轉動,導絲頭在平行于芯模軸線方向的筒身區間運動,芯模每轉一周,導絲頭移動一個紗片寬度,如此循環下去,直至紗片布滿芯模圓筒段表面為止。
環向纏繞的特點是:纏繞只能在筒身段進行,不能纏封頭(曲面體)。鄰近紗片之間相接而不相交。纖維的纏繞角通常在85~90°之間。
為使紗片能一束挨一束地布滿芯模表面,必須保證芯模旋轉與導絲頭平移,使這兩個運動相互協調。
2.1.2 螺旋纏繞
芯模繞自己軸線勻速轉動,導絲頭按特定速度沿芯模軸線方向往復運動。于是,在芯模的筒身和封頭上就實現了螺旋纏繞,其纏繞角約為12-70°。
在螺旋纏繞中,纖維纏繞不僅在圓筒段進行,而且在封頭(曲面體)上也可進行。纖維從容器一端的極孔圓周上某點出發(或從圓筒體上),隨后,按螺旋線軌跡經過圓筒段,進入另一端封頭,如此循環下去,直至芯模表面均勻布滿纖維止。由此可見,纖維纏繞的軌跡是由圓筒段的螺旋線和封頭上與極孔相切的空間曲線所組成。在纏繞過程中,紗片若以右旋螺紋纏到芯模上,返回時,則以左旋螺紋纏到芯模上。
螺旋纏繞的特點是每條纖維都對應極孔圓周上的一個切點,相同方向鄰近紗片之間相接而不相交,不同方向的纖維則相交。這樣,當纖維均勻纏滿芯模表面時,就構成了雙層纖維層。
2.1.3縱向纏繞
縱向纏繞又稱平面纏繞,纏繞時導絲頭在固定平面內做均勻圓周運動,芯模繞自己軸線慢速旋轉,縱向纏繞一般用于小壓力容器和球形等制品,本講座不討論次纏繞方法。[-page-]
2.2 纏繞規律
任何形式的纏繞,都是芯模與導絲頭作相對運動完成的。如果纖維是無規則地亂纏,勢必出現纖維在芯模表面離縫或重迭,以及纖維滑線不穩定的現象。顯然,這是不能滿足產品設計要求和使用要求的,因此,要求芯模與導絲頭應按一定的規律運動,并滿足如下兩點要求:
⑴ 纖維既不重迭又不離縫,均勻連續纏滿芯模表面。
⑵ 纖維在芯模表面位置穩定不打滑。
纖維在芯模表面滿足上述條件的排布規律,以及為實現排布規律,導絲頭與芯模的相對運動關系,這就是纏繞規律(亦叫線型)。
由于環向纏繞的規律比較簡單,且在一定條件下,可以看作螺旋纏繞的特例 。
纏繞規律是保證纏繞制品質量的重要前提,是產品設計的重要依據,同時又是纏繞設備運動機構設計的依據。
2.3 線型
線型是連續纖維在芯模表面上的排布方式,用切點法描述螺旋纏繞的線型時,主要是使線型與切點數和分布規律聯系起來進行研究。
2.3.1 纖維在芯模表面均勻布滿的條件
⑴ 一個完整循環的概念
螺旋纏繞時,由導絲頭引入的纖維,自芯模上某點開始,導絲頭經過若干次往返運動后,纖維又纏回到原來的起始點上。這樣一次布線稱為“標準線”,完成一個標準線纏繞,或者說完成與初始切點重合的纏繞,我們稱之為一個完整循環。而標準線是反映纏繞規律的基本線型。
⑵ 一個完整循環纏繞的切點數及分布規律
單切點和多切點
完成一個完整循環纏繞有兩種情況:種情況是與起始點位置相鄰的切點在時序上也相鄰,這種情況我們稱之為單切點。第二種情況是與起始切點位置相鄰的切點在時序上不相鄰。也就是說在出現與起始點位置相鄰的切點以前,極孔圓周上已有兩個以上切點,這種情況稱之為多切點。
由于芯模勻速轉動,導絲頭每次往返時間又相同,故在極孔圓周上的各切點等分基孔圓周。
當完成一個完整循環的切點數n=1和n=2時,極孔圓周上切點排布順序是固定的。當n≥3時,在與起始點位置緊挨的切點出現以前,在極孔圓周上已出現了n≥3個切點。因而它們有不同的排布順序。
由此可見,不同的線型其切點數及各切點的排布順序也不同。
⑶ 纖維在芯模表面均勻布滿的條件
由于芯模上的每一束紗片,都對應極孔圓周上的一個切點。因此,若要實現在經過若干完整循環纏繞后,并且紗片能一片挨一片地均勻布滿整個芯模表面,必須滿足下列兩條件:
①完成一個完整循環的各切點等分芯模轉過的角度。
②相鄰的兩切點所對應的紗片在筒身段錯開的距離等于一束紗片寬度。
3、纏繞工藝關鍵技術
纏繞工藝一般由下列各工序組成:膠液配制、纖維的烘干處理、芯?;騼纫r制造、浸膠、纏繞、固化、檢驗、修整、成品。合理的選擇纏繞工藝參數,是充分發揮原材料特性、制造高質量纏繞復合材料制品的重要條件。影響纏繞復合材料制品性能的主要工藝參數有:玻璃纖維的烘干和熱處理、玻璃纖維的浸膠、纏繞速度、環境溫度等。這些因素彼此之間有機的聯系在一起,孤立地研究某個參數是困難、無意義。
3.1玻璃纖維的烘干和熱處理
玻璃纖維表面含有水分,不僅影響樹脂基材與玻璃纖維之間的粘接性能,同時將引起應力腐蝕,使微裂紋等缺陷進一步擴展,從而引起制品的強度和耐老化性能下降。因此玻璃纖維在使用前好經過烘干處理,通常,無捻紗在60-80度烘干24小時。
3.2玻璃纖維浸膠含量
玻璃纖維浸膠含量的高低及其分布對玻璃鋼制品性能影響很大,直接影響制品的重量及厚度;含膠量過高,玻璃鋼制品的復合強度降低;含膠量過低、制品里的纖維空隙率增加、使制品的氣密性、防老化性能及剪切強度下降,,同時也影響纖維強度的發揮,因此纖維浸膠過程必須嚴格控制;必須根據制品的具體要求決定含膠量。纏繞玻璃鋼的含膠量一般25%-30%(重量比)。
纖維含膠量是在纖維浸膠過程中進行控制的。浸膠過程是將樹脂膠液涂覆在增強纖維表面,之后膠液向增強纖維內部擴散和滲透,這兩個階段是同時進行的。通常采用浸漬法和膠輥接觸法。
浸漬法通過膠輥或刮刀的壓力大小來控制含膠量。膠輥接觸法通過調節刮刀與膠輥的距離,以改變膠輥表面膠層的厚度來控制含膠量。
在浸膠過程中,纖維含膠量的影響很多,如:纖維規格、膠液粘度、纏繞張力、纏繞速度、刮膠機構、操作溫度及膠槽面得高度。其中膠液粘度、纏繞張力、纏繞速度、刮膠機構重要。
不飽和樹脂粘度一般控制在0.35-0.45Pa.s。[-page-]
3.3纏繞張力
纏繞張力是纏繞工藝的關鍵技術,張力大小、各束纖維間張力的均勻性,及各纏繞層之間的纖維張力的均勻性,對制品的質量影響極大。
3.3.1對制品機械性能的影響
玻璃鋼制品的強度和疲勞性能與纏繞張力有密切關系。張力小,制品強度偏低,內襯所受壓縮應力較小,因而內襯在沖壓時的變形較大,其疲勞性能就越低。張力過大,則纖維磨損大,使纖維和制品的強度都下降。過大的纏繞張力還可造成容器內襯失穩。
各束纖維之間張力的均勻性,對制品的質量影響極大,因纖維張緊程度不同,當承受載荷時,纖維就不可能同時承受力,導致各個擊破,纖維強度的發揮和利用大受影響。
為了使玻璃鋼纏繞制品各纏繞層不會由于纏繞張力作用導致產生內松外緊的現象,應有規律地使張力逐層遞減,使內外層纖維的初始應力都相同,各層纖維能同時承受載荷。
3.3.2對制品密實度的影響
在纏繞張力T的作用下,將產生垂直于芯模表面的法向力N,其值有下式求得:N=
T---纏繞張力,r----芯模半徑,α---纏繞角
由此看來,使制品致密的成型壓力與纏繞張力成正比,與制品曲率半徑成反比。為了生產密實的產品,必須控制纏繞張力。
3.3.3對含膠量的影響
纏繞張力對纖維浸漬質量及制品含膠量的大小影響非常大。隨著纏繞張力的增大,含膠量降低。
在多層纏繞過程中,由于纏繞張力的徑向分量---法向壓力N的作用,外纏繞層將對內層施加壓力,膠液將有內層被擠向外層,因此膠液含量沿壁厚方向不均勻---內低外高的現象。
此外,在浸膠前施加張力,過大的張力將使膠液向增強纖維內部空隙擴散滲透增加困難,從而使纖維浸漬質量不好。
佳纏繞張力并非一成不變的,它依模芯結構、增強纖維強度、膠液粘度及芯模是否加熱等而定,一般其取值極限為1.1-4.4N/股。
3.3.4施加張力的有關問題
纖維張力可在紗軸或紗軸與芯模之間的某一部位施加,前者比較簡單,但在紗團上施加全部纏繞張力會帶來如下困難:對濕法纏繞來說,纖維的膠液浸漬情況不好。而且在浸膠前施加張力,將使纖維磨損嚴重而降低其強度。張力越大,纖維強度減低越多。一般為,濕法纏繞宜在纖維浸膠后施加張力而干法纏繞宜在紗上施加張力。
3.4纏繞速度
纏繞速度通常是指紗的速度,應控制在一定范圍,紗線速度過小,生產效率低;而紗線速度過大,會受到下列因素限制。
濕法纏繞,紗線速度受到纖維浸膠過程的限制。而且當線速度很大時,芯模轉速很高,有時出現樹脂膠液在離心力作用下從纏繞結構中向外遷移和濺灑的可能。紗線速度大在1-1.5M/S左右。
干法纏繞,紗線速度主要應保證纖維浸透。
此外,紗速度ν紗、芯模速度ν芯及小車速度ν車所構成的速度矢量三角形中,小車速度ν車=ν紗.COSа是有限制的。小車在行程兩端點處加速度大,因而慣性沖擊必定很大,特別小車的重量較大時更是如此。同時車速過大,易產生顛簸振動,影響纏繞質量及不安全。
3.5纏繞制品的固化
固化制度是保證纏繞制品充分固化的重要條件,直接影響纏繞制品的性能及質量,加熱固化制度可提高化學反應速度,縮短固化時間,縮短生產周期、提高生產效率。加熱固化比常溫固化的纏繞制品強度至少可提高20%-30%。
對于較厚的纏繞制品,需采用分層固化的纏繞工藝??梢韵キh向應力沿筒壁分布的高峰,就好像一個厚壁筒體變成幾個緊套在一起的薄壁筒體,就可被套筒壓縮產生的壓應力抵消一部分。可提高纖維初始張力,避免容器體積變形率增大,纖維疲勞強度下降??杀WC容器內、外質量的均勻性。特別是濕法纏繞,由于纏繞張力的作用,膠液將由里向外遷移,,使樹脂含量沿壁厚方向不均勻,并且內層樹脂系統中的溶劑向外會發困難,易形成大量氣泡。
3.6環境溫度
樹脂的粘度隨著溫度的降低而增大,為了保證膠紗在制件上的浸漬,要求纏繞制品的環境溫度高于15度,用紅外線加熱纏繞制品的表面溫度,控制在40-60度左右,這樣可有效提高生產效率和質量。
3.7纏繞工藝的新成就
纖維纏繞工藝隨新材料應用領域的不斷擴大和不斷的推陳出新,有了飛速的發展并取得了新的成就。主要體現在兩個方面,一是設備的發展,二是原輔材料的發展,且兩者相輔相成。
設備的發展主要在用計算機控制,設備的精度、浸刮膠方式、立體多軸纏繞,張力控制,正向著高自動化、高集成化、高產量的方向發展。高性能的樹脂基體及高強纖維都逐步應用到纏繞領域,這樣促使纏繞工藝更有大的應用領域和前景。
參考文獻:岳紅軍 黃家康 董永祺主編的復合材料成型技術?;瘜W工業出版社 北京 1991
1、纖維纏繞工藝
纖維纏繞工藝一般可分為干法纏繞和濕法纏繞兩類。所謂干法纏繞,是將干纖維束纏繞在芯模上,然后噴涂樹脂,并用壓輥滾壓浸透的工藝方法。采用這種方法纏繞,設備清潔,可改善勞動條件,但對連續纖維的無捻性、浸透性要求較嚴,并需要充分滾壓,否則容易發生干裂現象。
濕法纏繞是將浸膠后的玻璃纖維集束,在一定張力控制下直接纏繞在芯模上的工藝方法。采用這種方法可使不同規格纖維有較強的適應性,無需滾壓即可使纖維充分浸透。使用這種方法生產的產品質量穩定,氣密性能好。但對纏繞過程的各個環節需要嚴格的人工維護,從而增加了勞動強度。例如,導絲頭、浸膠槽等裝置在每次纏繞結束后必須認真刷洗,使其保持良好的清潔狀態
無論采用上述哪一種纏繞工藝,選擇纖維纏繞方向是十分重要的,因為纖維纏繞方向可以決定其結構在不同方向的強度比,可使玻璃鋼結構獲得合理的強度分配。內壓圓筒是一個典型的例子,采用接近纏繞角θ=55°,就可使結構在環向與軸向的強度比(2:1),恰好與實際受力狀態一致。
纏繞制品多為圓柱體、球體等,本講座以管、罐為例討論纖維纏繞工藝。
2、纏繞成型工藝原理
2.1 纏繞規律的分類:
2.1.1環向纏繞
這是圓柱體圓周方向的纏繞。纏繞時,芯模繞自己軸線作勻速轉動,導絲頭在平行于芯模軸線方向的筒身區間運動,芯模每轉一周,導絲頭移動一個紗片寬度,如此循環下去,直至紗片布滿芯模圓筒段表面為止。
環向纏繞的特點是:纏繞只能在筒身段進行,不能纏封頭(曲面體)。鄰近紗片之間相接而不相交。纖維的纏繞角通常在85~90°之間。
為使紗片能一束挨一束地布滿芯模表面,必須保證芯模旋轉與導絲頭平移,使這兩個運動相互協調。
2.1.2 螺旋纏繞
芯模繞自己軸線勻速轉動,導絲頭按特定速度沿芯模軸線方向往復運動。于是,在芯模的筒身和封頭上就實現了螺旋纏繞,其纏繞角約為12-70°。
在螺旋纏繞中,纖維纏繞不僅在圓筒段進行,而且在封頭(曲面體)上也可進行。纖維從容器一端的極孔圓周上某點出發(或從圓筒體上),隨后,按螺旋線軌跡經過圓筒段,進入另一端封頭,如此循環下去,直至芯模表面均勻布滿纖維止。由此可見,纖維纏繞的軌跡是由圓筒段的螺旋線和封頭上與極孔相切的空間曲線所組成。在纏繞過程中,紗片若以右旋螺紋纏到芯模上,返回時,則以左旋螺紋纏到芯模上。
螺旋纏繞的特點是每條纖維都對應極孔圓周上的一個切點,相同方向鄰近紗片之間相接而不相交,不同方向的纖維則相交。這樣,當纖維均勻纏滿芯模表面時,就構成了雙層纖維層。
2.1.3縱向纏繞
縱向纏繞又稱平面纏繞,纏繞時導絲頭在固定平面內做均勻圓周運動,芯模繞自己軸線慢速旋轉,縱向纏繞一般用于小壓力容器和球形等制品,本講座不討論次纏繞方法。[-page-]
2.2 纏繞規律
任何形式的纏繞,都是芯模與導絲頭作相對運動完成的。如果纖維是無規則地亂纏,勢必出現纖維在芯模表面離縫或重迭,以及纖維滑線不穩定的現象。顯然,這是不能滿足產品設計要求和使用要求的,因此,要求芯模與導絲頭應按一定的規律運動,并滿足如下兩點要求:
⑴ 纖維既不重迭又不離縫,均勻連續纏滿芯模表面。
⑵ 纖維在芯模表面位置穩定不打滑。
纖維在芯模表面滿足上述條件的排布規律,以及為實現排布規律,導絲頭與芯模的相對運動關系,這就是纏繞規律(亦叫線型)。
由于環向纏繞的規律比較簡單,且在一定條件下,可以看作螺旋纏繞的特例 。
纏繞規律是保證纏繞制品質量的重要前提,是產品設計的重要依據,同時又是纏繞設備運動機構設計的依據。
2.3 線型
線型是連續纖維在芯模表面上的排布方式,用切點法描述螺旋纏繞的線型時,主要是使線型與切點數和分布規律聯系起來進行研究。
2.3.1 纖維在芯模表面均勻布滿的條件
⑴ 一個完整循環的概念
螺旋纏繞時,由導絲頭引入的纖維,自芯模上某點開始,導絲頭經過若干次往返運動后,纖維又纏回到原來的起始點上。這樣一次布線稱為“標準線”,完成一個標準線纏繞,或者說完成與初始切點重合的纏繞,我們稱之為一個完整循環。而標準線是反映纏繞規律的基本線型。
⑵ 一個完整循環纏繞的切點數及分布規律
單切點和多切點
完成一個完整循環纏繞有兩種情況:種情況是與起始點位置相鄰的切點在時序上也相鄰,這種情況我們稱之為單切點。第二種情況是與起始切點位置相鄰的切點在時序上不相鄰。也就是說在出現與起始點位置相鄰的切點以前,極孔圓周上已有兩個以上切點,這種情況稱之為多切點。
由于芯模勻速轉動,導絲頭每次往返時間又相同,故在極孔圓周上的各切點等分基孔圓周。
當完成一個完整循環的切點數n=1和n=2時,極孔圓周上切點排布順序是固定的。當n≥3時,在與起始點位置緊挨的切點出現以前,在極孔圓周上已出現了n≥3個切點。因而它們有不同的排布順序。
由此可見,不同的線型其切點數及各切點的排布順序也不同。
⑶ 纖維在芯模表面均勻布滿的條件
由于芯模上的每一束紗片,都對應極孔圓周上的一個切點。因此,若要實現在經過若干完整循環纏繞后,并且紗片能一片挨一片地均勻布滿整個芯模表面,必須滿足下列兩條件:
①完成一個完整循環的各切點等分芯模轉過的角度。
②相鄰的兩切點所對應的紗片在筒身段錯開的距離等于一束紗片寬度。
3、纏繞工藝關鍵技術
纏繞工藝一般由下列各工序組成:膠液配制、纖維的烘干處理、芯?;騼纫r制造、浸膠、纏繞、固化、檢驗、修整、成品。合理的選擇纏繞工藝參數,是充分發揮原材料特性、制造高質量纏繞復合材料制品的重要條件。影響纏繞復合材料制品性能的主要工藝參數有:玻璃纖維的烘干和熱處理、玻璃纖維的浸膠、纏繞速度、環境溫度等。這些因素彼此之間有機的聯系在一起,孤立地研究某個參數是困難、無意義。
3.1玻璃纖維的烘干和熱處理
玻璃纖維表面含有水分,不僅影響樹脂基材與玻璃纖維之間的粘接性能,同時將引起應力腐蝕,使微裂紋等缺陷進一步擴展,從而引起制品的強度和耐老化性能下降。因此玻璃纖維在使用前好經過烘干處理,通常,無捻紗在60-80度烘干24小時。
3.2玻璃纖維浸膠含量
玻璃纖維浸膠含量的高低及其分布對玻璃鋼制品性能影響很大,直接影響制品的重量及厚度;含膠量過高,玻璃鋼制品的復合強度降低;含膠量過低、制品里的纖維空隙率增加、使制品的氣密性、防老化性能及剪切強度下降,,同時也影響纖維強度的發揮,因此纖維浸膠過程必須嚴格控制;必須根據制品的具體要求決定含膠量。纏繞玻璃鋼的含膠量一般25%-30%(重量比)。
纖維含膠量是在纖維浸膠過程中進行控制的。浸膠過程是將樹脂膠液涂覆在增強纖維表面,之后膠液向增強纖維內部擴散和滲透,這兩個階段是同時進行的。通常采用浸漬法和膠輥接觸法。
浸漬法通過膠輥或刮刀的壓力大小來控制含膠量。膠輥接觸法通過調節刮刀與膠輥的距離,以改變膠輥表面膠層的厚度來控制含膠量。
在浸膠過程中,纖維含膠量的影響很多,如:纖維規格、膠液粘度、纏繞張力、纏繞速度、刮膠機構、操作溫度及膠槽面得高度。其中膠液粘度、纏繞張力、纏繞速度、刮膠機構重要。
不飽和樹脂粘度一般控制在0.35-0.45Pa.s。[-page-]
3.3纏繞張力
纏繞張力是纏繞工藝的關鍵技術,張力大小、各束纖維間張力的均勻性,及各纏繞層之間的纖維張力的均勻性,對制品的質量影響極大。
3.3.1對制品機械性能的影響
玻璃鋼制品的強度和疲勞性能與纏繞張力有密切關系。張力小,制品強度偏低,內襯所受壓縮應力較小,因而內襯在沖壓時的變形較大,其疲勞性能就越低。張力過大,則纖維磨損大,使纖維和制品的強度都下降。過大的纏繞張力還可造成容器內襯失穩。
各束纖維之間張力的均勻性,對制品的質量影響極大,因纖維張緊程度不同,當承受載荷時,纖維就不可能同時承受力,導致各個擊破,纖維強度的發揮和利用大受影響。
為了使玻璃鋼纏繞制品各纏繞層不會由于纏繞張力作用導致產生內松外緊的現象,應有規律地使張力逐層遞減,使內外層纖維的初始應力都相同,各層纖維能同時承受載荷。
3.3.2對制品密實度的影響
在纏繞張力T的作用下,將產生垂直于芯模表面的法向力N,其值有下式求得:N=

T---纏繞張力,r----芯模半徑,α---纏繞角
由此看來,使制品致密的成型壓力與纏繞張力成正比,與制品曲率半徑成反比。為了生產密實的產品,必須控制纏繞張力。
3.3.3對含膠量的影響
纏繞張力對纖維浸漬質量及制品含膠量的大小影響非常大。隨著纏繞張力的增大,含膠量降低。
在多層纏繞過程中,由于纏繞張力的徑向分量---法向壓力N的作用,外纏繞層將對內層施加壓力,膠液將有內層被擠向外層,因此膠液含量沿壁厚方向不均勻---內低外高的現象。
此外,在浸膠前施加張力,過大的張力將使膠液向增強纖維內部空隙擴散滲透增加困難,從而使纖維浸漬質量不好。
佳纏繞張力并非一成不變的,它依模芯結構、增強纖維強度、膠液粘度及芯模是否加熱等而定,一般其取值極限為1.1-4.4N/股。
3.3.4施加張力的有關問題
纖維張力可在紗軸或紗軸與芯模之間的某一部位施加,前者比較簡單,但在紗團上施加全部纏繞張力會帶來如下困難:對濕法纏繞來說,纖維的膠液浸漬情況不好。而且在浸膠前施加張力,將使纖維磨損嚴重而降低其強度。張力越大,纖維強度減低越多。一般為,濕法纏繞宜在纖維浸膠后施加張力而干法纏繞宜在紗上施加張力。
3.4纏繞速度
纏繞速度通常是指紗的速度,應控制在一定范圍,紗線速度過小,生產效率低;而紗線速度過大,會受到下列因素限制。
濕法纏繞,紗線速度受到纖維浸膠過程的限制。而且當線速度很大時,芯模轉速很高,有時出現樹脂膠液在離心力作用下從纏繞結構中向外遷移和濺灑的可能。紗線速度大在1-1.5M/S左右。
干法纏繞,紗線速度主要應保證纖維浸透。
此外,紗速度ν紗、芯模速度ν芯及小車速度ν車所構成的速度矢量三角形中,小車速度ν車=ν紗.COSа是有限制的。小車在行程兩端點處加速度大,因而慣性沖擊必定很大,特別小車的重量較大時更是如此。同時車速過大,易產生顛簸振動,影響纏繞質量及不安全。
3.5纏繞制品的固化
固化制度是保證纏繞制品充分固化的重要條件,直接影響纏繞制品的性能及質量,加熱固化制度可提高化學反應速度,縮短固化時間,縮短生產周期、提高生產效率。加熱固化比常溫固化的纏繞制品強度至少可提高20%-30%。
對于較厚的纏繞制品,需采用分層固化的纏繞工藝??梢韵キh向應力沿筒壁分布的高峰,就好像一個厚壁筒體變成幾個緊套在一起的薄壁筒體,就可被套筒壓縮產生的壓應力抵消一部分。可提高纖維初始張力,避免容器體積變形率增大,纖維疲勞強度下降??杀WC容器內、外質量的均勻性。特別是濕法纏繞,由于纏繞張力的作用,膠液將由里向外遷移,,使樹脂含量沿壁厚方向不均勻,并且內層樹脂系統中的溶劑向外會發困難,易形成大量氣泡。
3.6環境溫度
樹脂的粘度隨著溫度的降低而增大,為了保證膠紗在制件上的浸漬,要求纏繞制品的環境溫度高于15度,用紅外線加熱纏繞制品的表面溫度,控制在40-60度左右,這樣可有效提高生產效率和質量。
3.7纏繞工藝的新成就
纖維纏繞工藝隨新材料應用領域的不斷擴大和不斷的推陳出新,有了飛速的發展并取得了新的成就。主要體現在兩個方面,一是設備的發展,二是原輔材料的發展,且兩者相輔相成。
設備的發展主要在用計算機控制,設備的精度、浸刮膠方式、立體多軸纏繞,張力控制,正向著高自動化、高集成化、高產量的方向發展。高性能的樹脂基體及高強纖維都逐步應用到纏繞領域,這樣促使纏繞工藝更有大的應用領域和前景。
參考文獻:岳紅軍 黃家康 董永祺主編的復合材料成型技術?;瘜W工業出版社 北京 1991










































