纏繞成型工藝

1、 課件7.1.1 纖維纏繞工藝的分類第七章 纏繞成型工藝7. 纏繞成型工藝7.1 概述7.1.1 纖維纏繞工藝的分類纏繞工藝： 將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為復(fù)合材料制品的工藝過程。工藝流程圖： P159 圖7-1 干法纏繞、濕法纏繞。 7.1.1.1 干法纏繞 將預(yù)浸紗帶（或預(yù)浸布），在纏繞機上經(jīng)加熱至粘流狀態(tài)并纏繞到芯模上的成型工藝過程。 課件第七章 纏繞成型工藝圖7-1 纏繞工藝流程圖7.1.1 纖維纏繞工藝的分類 課件第七章 纏繞成型工藝干法纏繞特點： 制品質(zhì)量穩(wěn)定（含膠量、尺寸等）；纏繞速度快（100200m/min）; 勞動衛(wèi)生條件好；預(yù)

2、浸設(shè)備投資大。 7.1.1.2 濕法纏繞 將無捻粗紗經(jīng)浸膠后直接纏繞到芯模上的成型工藝過程。 特點： 不需要預(yù)浸漬設(shè)備，設(shè)備投資少；便于選材；紗片質(zhì)量及張力需嚴格控制，固化時易產(chǎn)生氣泡。 7.1.1.3 半干法纏繞 將無捻粗紗浸膠后，隨即預(yù)烘干，然后纏繞到芯模上的成型工藝方法。 7.1.1 纖維纏繞工藝的分類 課件第七章 纏繞成型工藝7.1.2 纖維纏繞制品的優(yōu)點 （1）比強度高 （比強度高的原因有四點 P160）; （2）生產(chǎn)成本低 （玻璃纖維用量可達80）; （3）生產(chǎn)效率高 （可實現(xiàn)機械化、自動化操作）。 7.1.3 原材料主要有纖維增強材料與樹脂兩大類。（1）增強材料 主要是中堿、無堿

3、粗紗。另外有玻璃布帶、碳纖維等。應(yīng)根據(jù)不同產(chǎn)品對性能的要求進行選用。 7.1.2 纖維纏繞制品的優(yōu)點 一般情況下纖維需進行表面處理。玻璃纖維的選用要求有6條， P161 。 課件第七章 纏繞成型工藝（2）樹脂體系 包括樹脂及各種助劑、填料等。 常用的有： 不飽和聚酯樹脂，環(huán)氧樹脂（雙酚A型）、酚醛環(huán)氧樹脂（環(huán)氧改性酚醛樹脂）。 選用要求：工藝性好； 斷裂延伸率與纖維匹配； 固化收縮率低并毒性小; 來源廣泛,價格低。 7.1.4 纏繞制品的應(yīng)用范圍軍工方面： 航空、航天、導(dǎo)彈（發(fā)動機殼體、高壓容器、導(dǎo)彈發(fā)射筒等）。 民用方面： 化工、石油、環(huán)保、建筑等領(lǐng)域的管道、貯罐等。 7.1.2 纖維纏繞制

4、品的優(yōu)點 課件第七章 纏繞成型工藝7.1.3 纏繞工藝的現(xiàn)狀及發(fā)展 發(fā)展方向:高性能材料和功能材料,主要用于高科技領(lǐng)域;軍工使用轉(zhuǎn)向民用；提高自動控制水平，提高生產(chǎn)效率；降低生產(chǎn)成本。 7.2 芯模 7.2.1 芯模材料 7.2.1.1 常用材料作業(yè)：1、干法纏繞、濕法纏繞的特點分別是什么？ 2、纏繞制品的優(yōu)點是什么？ 3、纏繞制品比強度高的原因是什么？7.1.3 纏繞工藝的現(xiàn)狀及發(fā)展 課件第七章 纏繞成型工藝芯模材料對制品的影響主要有： 膨脹系數(shù)對產(chǎn)品尺寸的影響； 彈性模量對產(chǎn)品尺寸精度的影響； 導(dǎo)熱系數(shù)對產(chǎn)品固化度的影響； 芯模中水份對產(chǎn)品固化的影響。 7.2.1.3 選擇芯模材料應(yīng)注意的

5、問題14 P163 主要是鋼材、木材、塑料、鋁、石膏、水泥等。水泥、石膏芯模材料的性能見表7-1 。7.2.1.2 芯模材料對制品的影響 石膏模與鋼模的比較見表7-2 。 7.2.1 芯模材料 課件第七章 纏繞成型工藝7.2.2 芯模的結(jié)構(gòu)形式7.2.2.1 實心或空心整體式芯模采用易敲碎的材料或可溶性的鹽類。7.2.2.2 組合式芯模分瓣式、隔板式、捆扎式、框架裝配式，圖7-2 7-3 7-4 7.2.2.3 石膏隔板組合式芯模 圖7-5 7.2.2 芯模的結(jié)構(gòu)形式 課件第七章 纏繞成型工藝7.2.2.4 管道芯模整體式芯模 開縮式芯模 圖7-6 7-7 整體式芯模 用于直徑小于800mm的

6、管子生產(chǎn)。 開縮式芯模 用于直徑大于800mm的管子生產(chǎn)。 要求：1、具有經(jīng)拋光的高精度表面；2、具有錐度，不小于1/1000(便于脫模)。7.2.3 芯模設(shè)計 P165169 自學(xué)7.2.2 芯模的結(jié)構(gòu)形式 課件第七章 纏繞成型工藝7.3 纏繞規(guī)律7.3.1 概述 7.3.1.1 纏繞規(guī)律的內(nèi)容 對纏繞線形的兩點要求： （1）纖維既不重合又不離縫，均勻連續(xù)布 滿芯模表面。 （2）纖維在芯模表面位置穩(wěn)定，不打滑。 7.3.1.2 纏繞線型分類環(huán)向纏繞 縱向纏繞 螺旋纏繞 所謂纏繞規(guī)律是描述紗片均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、排布在芯模表面,以及芯模與導(dǎo)絲頭間運動關(guān)系的規(guī)律。7.3 纏繞規(guī)律 課件第七章 纏繞

7、成型工藝（1）環(huán)向纏繞 芯模自轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)絲頭近似移動一個紗片寬度的纏繞，稱環(huán)向纏繞。（只能纏繞直筒段）圖7-15 環(huán)向纏繞7.3 纏繞規(guī)律封頭 紗帶筒身b b 課件第七章 纏繞成型工藝紗片螺距： WDctg 紗片寬： bDcos 則：b wsin 其中是紗片與芯模軸線的交角稱纏繞角。圖7-16 環(huán)向纏繞參數(shù)關(guān)系圖7.3 纏繞規(guī)律W WDDD Db b90 80 70 60 50 402.01.51.00.750.500.250 課件第七章 纏繞成型工藝（2）螺旋纏繞 定義： 芯模繞自軸勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)絲頭以特定速度沿芯模軸線方向往復(fù)運動的纏繞方式稱螺旋纏繞。 此纏繞方式不僅可以纏繞圓筒段，而且纏繞

8、端頭(封頭)。圖7-17。纖維纏繞軌跡： 由圓筒上的螺旋線和封頭上與極孔相切的空間曲線組成。圖7-17 螺旋纏繞7.3 纏繞規(guī)律 課件第七章 纏繞成型工藝（3）縱向纏繞 （又稱平面纏繞） 導(dǎo)絲頭在固定平面內(nèi)做勻速圓周運動，芯模繞自軸慢速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)絲頭轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)動的微小角度近似一個紗片寬度，這種纏繞方法稱為平面纏繞。 圖7-18 平面纏繞7.3 纏繞規(guī)律 課件第七章 纏繞成型工藝 平面纏繞、纏繞角的正切值為： 2121eeclllrrtg圖7-19 平面纏繞參數(shù)關(guān)系圖7.3 纏繞規(guī)律lcle1e1le2e22r12r2baDsDlcb 課件第七章 纏繞成型工藝平面纏繞的速比： 芯模旋轉(zhuǎn)周數(shù)與導(dǎo)

9、絲頭繞芯模旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)比。 cosDbi 證明 ： 因為芯模轉(zhuǎn)一周時，恰好紗片在芯模上布滿一層。設(shè)此時絲頭轉(zhuǎn)了n圈，由速比定義有： 在芯模筒段，紗片的有效寬度 cosbb ni17.3 纏繞規(guī)律 課件第七章 纏繞成型工藝 纏滿整個筒體的必要條件是：cosbnbnD=cosib則： cosDbi Dbb7.3 纏繞規(guī)律 課件第七章 纏繞成型工藝7.3.2 螺旋纏繞線型 7.3.2.1 纖維在芯模表面均勻布滿的條件（1）一個完整循環(huán)的概念 螺旋纏繞時，由導(dǎo)絲頭引入的纖維自芯模上某點開始（空間點），導(dǎo)絲頭經(jīng)過若干次往返運動后，又纏回到原來的起始點上（空間點）。這樣在芯模上所完成的一次（不重復(fù)）布線稱為

10、“標準線”。完成一個標準線纏繞稱為一個完整循環(huán)。 “標準線”是反映纏繞規(guī)律的基本線型。 作業(yè)：1、什么是螺旋纏繞？ 2、寫出平面纏繞速比的表達式并加以證明。 7.3.2 螺旋纏繞線型 課件第七章 纏繞成型工藝（2）一個完整循環(huán)的切點數(shù)及分布規(guī)律a、切點位置“時序相鄰”和“位置相鄰”的概念 在極孔圓周上按時間順序相繼出現(xiàn)的兩個切點稱為時序相鄰的兩切點。 時序相鄰的切點的位置只能有兩種情況： 1）、兩切點緊密排布，中間不能再加入其他切點，則 稱為兩切點“位置相鄰”。 2）、兩切點之間還可以加入其他切點，稱此兩切點位 置不相鄰。 7.3.2 螺旋纏繞線型 課件第七章 纏繞成型工藝b、單切點與多切點的

11、概念 完成一個完整循環(huán)纏繞，極孔圓周上只有一個切點的情況稱單切點纏繞。 完成一個完整循環(huán)纏繞，極孔圓周上有多個切點的情況稱多切點纏繞。完成一個完整的循環(huán)纏繞有兩種情況： 1）時序相鄰的兩切點位置也相鄰。即在出現(xiàn)與初始切點位置相鄰的切點以前，極孔上只有一個切點，這種纏繞線形稱單切點線型。2）在出現(xiàn)與起始切點位置相鄰的切點以前，極孔上已經(jīng)出現(xiàn)了兩個或兩個以上切點，即時序相鄰切點位置不相鄰，這種纏繞線形稱為多切點線型。 7.3.2 螺旋纏繞線型 課件第七章 纏繞成型工藝 在極孔上的切點線型排布見圖7-20，7-21。 單切點線型單切點線型 雙切點線型雙切點線型圖7-20 單切點與雙切點排布圖7.3.

12、2 螺旋纏繞線型1233124 課件第七章 纏繞成型工藝n=3 n=4 n=5圖7-21 多切點的排布圖7.3.2 螺旋纏繞線型1231231234123412345142531352415432 課件第七章 纏繞成型工藝c、一個完整循環(huán)的n n個切點必將等分極孔圓周 由于芯模勻速轉(zhuǎn)動，絲嘴每往返一次的時間又相同。因此，一個完整循環(huán)的n n點切點必將等分極孔圓周。 3）、纖維在芯模表面均勻布滿的條件 a、一個完整循環(huán)的諸切點均布在極孔圓周上。b、位置相鄰的兩切點所對應(yīng)的紗片在筒身段錯開的距 離等于一個紗片寬度。作業(yè)： 1、什么是“標準線”纏繞？ 2、在螺旋纏繞中什么是切點的“時序相鄰”？什么是

13、“位置 相鄰”？ 3、螺旋纏繞中，纖維均勻布滿芯模的充要條件是什么？ 4、芯模轉(zhuǎn)角n的公式推導(dǎo)。7.3.2 螺旋纏繞線型 課件第七章 纏繞成型工藝7.3.2.2 纖維纏繞芯模轉(zhuǎn)角（即纏繞中心角）與線型的關(guān)系 設(shè)完成一個n切點的完整循環(huán)纏繞，芯模轉(zhuǎn)角為，導(dǎo)絲頭每往返一次芯模轉(zhuǎn)角為n，則： n/n n的推導(dǎo)： P173-174 單切點： 1=（1+N）360 （N=0，1，2，） 其中是使位置相鄰的兩切點，對應(yīng)的紗片在筒身段錯開一個紗片的距離。兩切點：一個完整循環(huán)導(dǎo)絲頭往返2次才錯過一個，導(dǎo)絲頭往返一次時應(yīng)錯開/2。則有： 2=（1/2+N）360/2三切點： 3=（1/3+N）360/3 n個切

14、點： n=（1/n+N）360/n 7.3.2 螺旋纏繞線型 課件第七章 纏繞成型工藝則對于n有：n（K/n +N）360/nK值需要使K/n為最簡真分數(shù)。 但是，n3時各切點的排序與時間順序不一定一致，如圖7-21，例如3有2個值： 3-1=（1/3+N）360/3 3-2=（2/3+N）360/35有4個值： 5-1=（1/5+N）360/5 5-2=（2/5+N）360/5 5-3=（3/5+N）360/5 5-4=（4/5+N）360/57.3.2 螺旋纏繞線型 課件第七章 纏繞成型工藝“線型”以導(dǎo)絲頭往返一次芯模旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)來表示:S0 n /360 K/n + NM/nM=K + n

15、NS0-表示線形； M一個完整循環(huán)芯模轉(zhuǎn)數(shù)；n切點數(shù)，也是一個完整循環(huán)導(dǎo)絲頭往返次數(shù)。表7-3 給出了6切點以內(nèi)的S0所對應(yīng)的n、K、N、n值。由上述分析可知： 在一個完整循環(huán)中，切點數(shù)不同，纖維纏繞的線型不同；如果在一個完整的循環(huán)中，切點數(shù)相同而切點排布順序不同，則線型也不相同；切點數(shù)相同，而切點排布順序也相同，導(dǎo)絲頭往返一次芯模旋轉(zhuǎn)的N值不同，線型也不相同。 例： n8K/n1/8，3/8，5/8，7/87.3.2 螺旋纏繞線型 課件第七章 纏繞成型工藝7.3.3 螺旋纏繞的轉(zhuǎn)速比00SnMi芯模轉(zhuǎn)數(shù)與導(dǎo)絲頭往返次數(shù)之比。 考慮到速比微調(diào)部分（即紗片寬度對應(yīng)角度）的影響，實際轉(zhuǎn)速比： 36

16、0)(360nNnKin芯模轉(zhuǎn)角微小增量的計算：Db360cos b-紗片寬度；-纏繞角。7.3.3 轉(zhuǎn)速比 課件第七章 纏繞成型工藝7.3.4 線型設(shè)計7.4 纏繞工藝設(shè)計7.4.1 內(nèi)壓容器的結(jié)構(gòu)選型 P1801827.4.2 纏繞類型的選擇 平面纏繞適合于球形，扁球形制品。長形管狀制品一般采用螺旋纏繞。 纏繞內(nèi)壓容器時，極少采用純螺旋纏繞，多采用螺旋纏繞與環(huán)向纏繞的組合纏繞。 原因： （1）幾何條件的限制，即封頭測地線要求，難 以完全實現(xiàn)。（2）純螺旋纏繞纖維交叉程度大，易產(chǎn)生分層。 7.4 纏繞工藝設(shè)計 課件第七章 纏繞成型工藝7.4.3 螺旋纏繞線型參數(shù)選擇 (1)實際纏繞角應(yīng)控制在測地線纏繞角（Rroarcsin0偏離810以內(nèi)。 ）(2)切點數(shù)不易過多，切點過多時，切點處纖維交叉次數(shù) 多，極孔附近容易出現(xiàn)架空。(3)螺旋纏繞與環(huán)向纏繞應(yīng)交替進行。(4)封頭應(yīng)逐漸擴大，減少應(yīng)力集中。7.4 纏繞工藝設(shè)計 課件第七章 纏繞成型工藝7.4.4 工藝參數(shù)纖維熱處理： 增強型浸潤劑無捻紗，6080，24h； 石蠟浸潤劑型纖維， 350， 57h （除去纖維表面蠟類物質(zhì)）。 浸膠方式：兩種 P185，圖33，34 膠含量控制： 20左右膠液粘度： 0.351.0 Pa.S 纏繞張力的影響： P18518