纏繞成型工藝

更新時間：2010-04-14

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纏繞成型工藝

纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的連續(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)纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態(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)過預(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶，在纏繞機上經(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)，能嚴格控制樹脂含量（到2%以內(nèi)）和預(yù)浸紗質(zhì)量。因此，干法纏繞能夠準確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的zui大特點是生產(chǎn)效率高，纏繞速度可達100～200m/min，纏繞機清潔，勞動衛(wèi)生條件好，產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點是纏繞設(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)點為：①成本比干法纏繞低40%；②產(chǎn)品氣密性好，因為纏繞張力使多余的樹脂膠液將氣泡擠出，并填滿空隙；③纖維排列平行度好；④濕法纏繞時，纖維上的樹脂膠液，可減少纖維磨損；⑤生產(chǎn)效率高（達200m/min）。濕法纏繞的缺點為：①樹脂浪費大，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zui為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的技術(shù)領(lǐng)域。
　　纖維纏繞成型的優(yōu)點 ①能夠按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計纏繞規(guī)律，使能充分發(fā)揮纖維的強度；②比強度高：一般來講，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：纖維纏繞制品易實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)，工藝條件確定后，纏出來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，；④生產(chǎn)效率高：采用機械化或自動化生產(chǎn)，需要操作工人少，纏繞速度快（240m/min），故勞動生產(chǎn)率高；⑤成本低：在同一產(chǎn)品上，可合理配選若干種材料（包括樹脂、纖維和內(nèi)襯），使其再復(fù)合，達到*的技術(shù)經(jīng)濟效果。
　　纏繞成型的缺點 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，因為纏繞時，纖維不能緊貼芯模表面而架空；②纏繞成型需要有纏繞機，芯模，固化加熱爐，脫模機及熟練的技術(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)時才能降低成本，才能獲得較的的技術(shù)經(jīng)濟效益。
　　1、原材料
　　纏繞成型的原材料主要是纖維增強材料、樹脂和填料。
　　（1）增強材料 纏繞成型用的增強材料，主要是各種纖維紗：如無堿玻璃纖維紗，中堿玻璃纖維紗，碳纖維紗，高強玻璃纖維紗，芳綸纖維紗及表面氈等。
　　（2）樹脂基體 樹脂基體是指樹脂和固化劑組成的膠液體系。纏繞制品的耐熱性，耐化學腐蝕性及耐自然老化性主要取決于樹脂性能，同時對工藝性、力學性能也有很大影響。纏繞成型常用樹脂主要是不飽和聚酯樹脂，也有時用環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂等。對于一般民用制品如管、罐等，多采用不飽和聚酯樹脂。對力學性能的壓縮強度和層間剪切強度要求高的纏繞制品，則可選用環(huán)氧樹脂。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酰亞胺樹脂。

（3）填料 填料種類很多，加入后能改善樹脂基體的某些功能，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，常加入30%石英砂，借以提高產(chǎn)品的剛性和降低成本。為了提高填料和樹脂之間的粘接強度，填料要保證清潔和表面活性處理。
　　2、芯模
　　成型中空制品的內(nèi)模稱芯模。一般情況下，纏繞制品固化后，芯模要從制品內(nèi)脫出。
　　芯模設(shè)計的基本要求 ①要有足夠的強度和剛度，能夠承受制品成型加工過程中施加于芯模的各種載荷，如自重、制品重，纏繞張力，固化應(yīng)力，二次加工時的切削力等；②能滿足制品形狀和尺寸精度要求，如形狀尺寸，同心度、橢圓度、錐度（脫模），表面光潔度和平整度等；③保證產(chǎn)品固化后，能順利從制品中脫出；④制造簡單，造價便宜，取材方便。
　　芯模材料 纏繞成型芯模材料分兩類：熔、溶性材料和組裝式材料。熔、溶性材料是指石蠟，水溶性聚乙烯醇型砂，低熔點金屬等，這類材料可用澆鑄法制成空心或?qū)嵭男灸＃破防p繞成型后，從開口處通入熱水或高壓蒸汽，使其溶、熔，從制品中流出，流出的溶體，冷卻后重復(fù)使用。組裝式芯模材料常用的有鋁、鋼、夾層結(jié)構(gòu)、木材及石膏等。另外還有內(nèi)襯材料，內(nèi)襯材料是制品的組成部分，固化后不從制品中取出，內(nèi)襯材料的作用主要是防腐和密封，當然也可以起到芯模作用，屬于這類材料的有橡膠、塑料、不銹鋼和鋁合金等。
　　3、纏繞機
　　纏繞機是實現(xiàn)纏繞成型工藝的主要設(shè)備，對纏繞機的要求是：①能夠?qū)崿F(xiàn)制品設(shè)計的纏繞規(guī)律和排紗準確；②操作簡便；③生產(chǎn)效率高；④設(shè)備成本低。
　　纏繞機主要由芯模驅(qū)動和繞絲嘴驅(qū)動兩大部分組成。為了消除繞絲嘴反向運動時纖維松線，保持張力穩(wěn)定及在封頭或錐形纏繞制品紗帶布置，實現(xiàn)小纏繞角（0°～15°）纏繞，在纏繞機上設(shè)計有垂直芯軸方向的橫向進給（伸臂）機構(gòu)。為防止繞絲嘴反向運動時紗帶轉(zhuǎn)擰，伸臂上設(shè)有能使繞絲嘴翻志的機構(gòu)。
　　我國60年代研制成功鏈條式纏繞機，70年代引進德國WE-250數(shù)控纏繞機，改進后實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)，80年代后我國引進了各種型式纏繞機40多臺，經(jīng)過改進后，自己設(shè)計制造成功微機控制纏繞機，并進入市場。
　　機械式纏繞機類型
　　（1）繞臂式平面纏繞機 其特點是繞臂（裝有繞絲嘴）圍繞芯模做均勻旋轉(zhuǎn)運動，芯模繞自身軸線作均勻慢速轉(zhuǎn)動，繞臂（即繞絲嘴）每轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)過一個小角度。此小角度對應(yīng)纏繞容器上一個紗片寬度，保證紗片在芯模上一個緊挨一個地布滿容器表面。芯模快速旋轉(zhuǎn)時，繞絲嘴沿垂直地面方向緩慢地上下移動，此時可實現(xiàn)環(huán)向纏繞，使用這種纏繞機的優(yōu)點是，芯模受力均勻，機構(gòu)運行平穩(wěn)，排線均勻，適用于干法纏繞中小型短粗筒形容器。
　　（2）滾翻式纏繞機 這種纏繞機的芯模由兩個搖支承，纏繞時芯模自身軸旋轉(zhuǎn)，兩臂同步旋轉(zhuǎn)使芯模翻滾一周，芯模自轉(zhuǎn)一個與紗片寬相適應(yīng)的角度，而纖維紗由固定的伸臂供給，實現(xiàn)平面纏繞，環(huán)向纏繞由附加裝置來實現(xiàn)。由于滾翻動作機構(gòu)不宜過大，故此類纏繞機只適用于小型制品，且使用不廣泛。
　　（3）臥式纏繞機 這種纏繞機是由鏈條帶動小車（繞絲嘴）作往復(fù)運動，并在封頭端有瞬時停歇，芯模繞自身軸作等速旋轉(zhuǎn)，調(diào)整兩者速度可以實現(xiàn)平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞，這種纏繞機構(gòu)造簡單，用途廣泛，適宜于纏繞細長的管和容器。
　　（4）軌道式纏繞機 軌道式纏繞機分立式和臥式兩種。紗團、膠槽和繞絲嘴均裝在小車上，當小車沿環(huán)形軌道繞芯模一周時，芯模自身轉(zhuǎn)動一個紗片寬度，芯模軸線和水平面的夾角為平面纏繞角α。從而形成平面纏繞型，調(diào)整芯模和小車的速度可以實現(xiàn)環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。軌道式纏繞機適合于生產(chǎn)大型制品。
　　（5）行星式纏繞機 芯軸和水平面傾斜成α角（即纏繞角）。纏繞成型時，芯模作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩個運動，繞絲嘴固定不動。調(diào)整芯模自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度可以完成平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。芯模公轉(zhuǎn)是主運動，自轉(zhuǎn)為進給運動。這種纏繞機適合于生產(chǎn)小型制品。
　　（6）球形纏繞機 球形纏繞機有4個運動軸，球形纏繞機的繞絲嘴轉(zhuǎn)動，芯模旋轉(zhuǎn)和芯模偏擺，基本上和搖臂式纏繞機相同，第四個軸運動是利用繞絲嘴步進實現(xiàn)紗片纏繞，減少極孔外纖維堆積，提高容器臂厚的均勻性。芯模和繞絲嘴轉(zhuǎn)動，使纖維布滿球體表面。芯模軸偏轉(zhuǎn)運動，可以改變纏繞極孔尺寸和調(diào)節(jié)纏繞角，滿足制品受力要求。
　　（7）電纜式縱環(huán)向纏繞機 縱環(huán)向電纜式纏繞機適用于生產(chǎn)無封頭的筒形容器和各種管道。裝有縱向紗團的轉(zhuǎn)環(huán)與芯模同步旋轉(zhuǎn)，并可沿芯模軸向往復(fù)運動，完成縱向紗鋪放，環(huán)向紗裝在轉(zhuǎn)環(huán)兩邊的小車上，當芯模轉(zhuǎn)動，小車沿芯模軸向作往復(fù)運動時，完成環(huán)向紗纏繞。根據(jù)管道受力情況，可以任意調(diào)整縱環(huán)向紗數(shù)量比例。
　　（8）新型纏管機 新型纏管機與現(xiàn)行纏繞機的區(qū)別在于，它是靠管芯自轉(zhuǎn)，并同時能沿管長方向作往復(fù)運動，完成纏繞過程。這種新型纏繞機的優(yōu)點是，繞絲嘴固定，為工人處理斷頭、毛絲以及看管帶來很大方便；多路進紗可實現(xiàn)大容量進絲纏繞，纏繞速度快，布絲均勻，有利于提高產(chǎn)品重量和產(chǎn)量。