5　纖維纏繞成型

　　纖維纏繞成型可用于制造管材、筒體或球體，并常用來制造大型槽罐及管道，多用于耐壓容器及化工防腐方面。一般纖維纏繞可達到較高的強度與質量比值，玻璃纖維含量可高達80％(質量分數)。經過計算，適當安排纖維纏繞結構，可使制品承受很高的內壓力。
　　纖維纏繞成型用于聚酯制品時有濕法與干法兩種，以濕法為主。玻璃纖維紗通過樹脂浸漬槽浸漬樹脂后，在一定張力下環繞一個旋轉芯軸纏繞上去。纖維纏繞是通過一個沿軸向往復行走的喂紗頭進行的。
　　對于大直徑管道，芯軸可以分割，纏繞時先包一層脫模薄膜(如玻璃紙)，再行纏繞。芯軸內部還可以引入加熱設施，如蒸汽加熱和電加熱等，加速固化。或者將纏繞完的結構連同芯軸一起送到固化爐中加熱固化。
　　為提高防腐效果，可做防腐內襯。芯軸上可包一層表面氈，再包1～2層短切氈或織帶，再進行纖維纏繞。先使層部分固化再纏繞以后各層，防止樹脂向外擠出。
　　在制造管道及槽罐時，纏繞角的安排取決于制品性能的要求，可以從縱向纏繞變化到環向纏繞。纖維排列可以分層設計，準確布置，其示意見圖14-24。整個纏繞變化過程可用計算機控制，也可通過齒輪組及電子伺服系統控制。

　　纏繞過程的基本原理是調節與控制轉動芯軸的轉速和送紗小車的行速，實現規定的纏繞角，同時又保證各循環纏繞的紗帶能均勻密實地排列。在纏繞芯軸端部還要有一定的變角度包纏，對此可計算如下。
　　如圖14-25所示，設α為纏繞角；γ為芯軸半徑；L為纏繞區長度。當纖維纏繞到端部時，在芯軸上包纏角度為θ(度)。

　　當纖維纏到P點時，距端部L’。設芯軸自y軸旋轉到P點位置時旋轉角為φ，則有：

　　纖維在纏繞區全長上往復一次，即小車往復一次，芯軸旋轉總角度(弧度)為：

　　如芯軸轉速已定為n(r／min)，其角速度即為2πn。于是可得小車往復一個循環所需時間為：

　　式中T1――小車往復一次需時間；
　　　　D――芯軸直徑。
　　小車行走速度必須適應上式中兩部分不同的行走時間對應的行走長度的要求變換。
　　但按上式所計算得芯軸轉速和小車行走時間的關系，還不能保證每層纏繞絲束帶能均勻地鄰靠排列，只能使各次纏繞重疊起來。為此必須將時間T1作規定的修正。
　　設纏繞纖維絲帶的寬度為b，則使兩次循環均勻鄰靠排列的必要條件是使旋轉角φ增加或減少△φ(見圖14-25)即：

　　于是得：

　　小車往復一次所需時間應修正為：

　　上式即為圓筒形或管形物體的纖維纏繞公式，用以確定芯軸轉速、纏繞直徑、纏繞角、纖維縱向行速等參數。
　　纏繞管道時常用鋼芯軸，直徑較大的管道可用可收縮性芯模，此時芯模上沿徑向開有長縫，通過液壓機構使之張開或合攏，便于脫模。用鋼芯軸兼作芯模時，要有微小錐度(在6m長度上有1～2mm即可)。為纏繞圓筒形罐體，可將芯模做成一端帶底的圓筒形，底部用噴射或手糊成型，然后再纏繞筒體，在與底部連接處要加強，并可根據結構計算的要求使筒壁各處纏繞得不同厚度，以及直接纏繞得肋圈等。在制作球形或筒形制品時，可使用蠟、石膏等制成模具或做成組合并裝式模具，樹脂固化后，可將模具取出。總之，芯軸的選擇取決于制品性能、生產周期長短以及芯軸的復用要求等。
　　除采用連續無捻粗紗纏繞以外，也可用帶子或切開的窄氈或布進行纏繞。也可聯合不同形式的纖維制品進行纏繞。
　　為了改進制品的耐化學性，可以采用熱塑性樹脂做成芯軸，或采用在芯軸上包橡膠內襯等辦法。為加強這種內襯與聚酯的粘結性，可采用玻璃纖維部分輥壓進內襯材料以及選用合適的黏合劑的辦法。
　　纖維纏繞成型有很大的靈活性，可以通過設計來滿足不同的使用要求。以下舉幾個成功的實例。
　　連續纏繞生產不定長管道的成型方法已有多種，圖14-26為一種較大型管道的連續成型裝置。轉動芯軸一端固定安裝在機架上，有連續纏繞的鋼帶形成活動內襯。兩個表面氈架和兩個纖維紗架上的氈和紗經過浸漬槽浸漬樹脂后纏繞到芯軸上去。纖維材料可用連續紗、短切氈。其纏繞程序為：表面氈-短切氈連續纖維-表面氈-外包帶或金屬箔。纏繞層依次進行并順序通過固化爐、磨光與切割機，即得產品。該裝置可生產直徑為1～3.5m的管道，長度可控制。產量可達10～25m／h。玻璃纖維含量15％～25％。

　　圖14-27為一種連續纖維與短切纖維夾層纏繞以生產大直徑管道的裝置。裝置上設樹脂被覆、短切纖維沉積以及連續纖維纏繞3個機構，依次將樹脂、短切紗及連續纖維纏繞上去。這種方法適用于制造靜置的大直徑耐腐蝕管道或容器筒體。
　　纖維纏繞制品除了做管道或容器、槽罐以外，還可做鋼管的包覆層，防止外面腐蝕，如海洋采油及天然氣生產臺上提升鋼管的保護層等。纏繞工藝中應考慮纖維增強樹脂的膨脹系數低于鋼芯管的問題并采取相應措施，否則會影響產品質量。例如樹脂固化于120℃，在零下溫度使用時，會產生接觸界面的分離，使水分因虹吸作用而滲入鋼管表面，保護層即失效。