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一、纏繞成型工藝是將漫過膠液的連續(xù)纖維材料通常是布帶或預(yù)漫紗按照某種規(guī)律纏繞到芯模上,然后經(jīng)過固化、脫模,最終獲得的纏繞制品。根據(jù)纏繞時(shí)基體材料所處的物理化學(xué)狀態(tài)的情況不同,纏繞成型工藝可劃分為干法纏繞、濕法纏繞及半干法纏繞三種.
1.干法纏繞
千法纏繞是用經(jīng)過預(yù)漫膠處理過的預(yù)漫紗或布帶,在纏繞過程中,經(jīng)過加熱使膠液軟化至粘流狀態(tài)后纏繞到芯模上。由于預(yù)漫紗或布帶是專業(yè)生產(chǎn),能夠嚴(yán)格控制基體材料的含量,通常精確控制在296以內(nèi)。因此,千法纏繞工藝能夠較好地控制產(chǎn)品質(zhì)量。
干法纏繞的最大特點(diǎn)就是生產(chǎn)效率高,其纏繞速度可高達(dá)00-200/m o其次千法纏繞還有纏繞機(jī)清潔,工作環(huán)境衛(wèi)生條件好,產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。但是,干法纏繞也有其不可克服的缺點(diǎn),其一是纏繞設(shè)備昂貴,投資大,其二是干法纏繞成型制品的層間剪切強(qiáng)度低。
2.濕法纏繞
濕法纏繞是將纖維或布帶經(jīng)漫膠后,在張力控制下直接纏繞到芯模上,然后再經(jīng)過后期固化成型。濕法纏繞的優(yōu)點(diǎn)為:①設(shè)備占用少,成本比千法纏繞低40%左右:②產(chǎn)品氣密性好,究其原因是因?yàn)槔^繞張力使基體材料中的氣泡排出,而且基體材科料能夠充分填滿孔隙,產(chǎn)品密實(shí)度高:③濕法纏繞時(shí),纖維上的基體材料??蓽p少纖維磨損:⑤濕法纏繞工藝生產(chǎn)效率較高。
濕法纏繞的缺點(diǎn)為:①樹脂膠液浪費(fèi)較大大,生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)較差;②制品中的含膠量及成品質(zhì)量不易控制;③可用來濕法纏繞的基體材料的品種較少。
3.半千法纏繞
半干法纏繞是吸取干法纏繞和濕法纏繞的優(yōu)點(diǎn),折‘一戶的一一種纏繞工藝。其與濕法工藝相比,在纖維或布帶浸膠到纏繞到芯模的中間增加一套烘干設(shè)備,將纖維或布帶膠液中的溶劑基木去除掉。與干法纏繞相比,半干法纏繞不依賴一整套復(fù)雜的纖維或布帶預(yù)漫清的工藝設(shè)備。
二、纏繞技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀
纖維纏繞成型工藝技術(shù)可追溯到20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)時(shí)期的美國(guó)M anhatn原子能工程,該工程部需要重量輕的FRP(Fiber Reinforced Plasti動(dòng)}I強(qiáng)帶。Richarde. Young首先考慮以高強(qiáng)度的玻璃鋼(FRP)來代替金屬,并最先形成了把纖維纏繞在芯模上的纏繞原始概念。同時(shí)設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)著名的山舊馬達(dá)和齒輪組成的簡(jiǎn)易纖維纏繞機(jī),隨后纏繞了第一個(gè)復(fù)合材料火箭動(dòng)機(jī)完體,以及用于防化學(xué)腐蝕的首條玻璃鋼管道并投入使用。
上世紀(jì)50年代,纖維纏繞技術(shù)已能生產(chǎn)各種尺寸的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,廣泛用于火箭、戰(zhàn)略導(dǎo)彈等尖端軍用產(chǎn)品上。
上世紀(jì)60-70年代,纏繞制品應(yīng)用領(lǐng)城己從軍事部門擴(kuò)展到化工、污水處理、石油及風(fēng)能系統(tǒng)等重要的民用部門,已可纏繞巨大體積的復(fù)合材科產(chǎn)品,如直徑為26英尺,長(zhǎng)為126英尺的風(fēng)車葉片:直徑1 Om容積達(dá)1 o0Om3的巨型儲(chǔ)罐。該時(shí)期的纖維纏繞技術(shù)進(jìn)入了騰飛階段。
上世紀(jì)80年代,由于世界性的軍備競(jìng)賽,雖然纖維纏繞制品仍集中應(yīng)用于航空、航天和國(guó)防項(xiàng)目之中,但應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到民用工業(yè),豐富了民用產(chǎn)品的種關(guān),如用于供水系統(tǒng)的高壓管道,用于消防的壓力容器及潛水裝置等”
到目前為止,絕大部分纖雄緯繞機(jī)丹簡(jiǎn)單的一軸聯(lián)動(dòng)締絳機(jī)和三軸聯(lián)動(dòng)纏繞機(jī),而且80年代以前的纏繞機(jī)都是機(jī)械控制的,首臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的纖維纏繞機(jī)誕生于這個(gè)時(shí)期。計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)的研制成功使得生產(chǎn)纖維鋪設(shè)十分精確的復(fù)合材料產(chǎn)品成為可能,從而可以生產(chǎn)出高性能、低成本、重量輕的優(yōu)質(zhì)纏繞部件。另外擴(kuò)大了可纏繞部件的種類,從簡(jiǎn)單的直管到一些形狀復(fù)雜的部件。
綜上所述,無論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi),其對(duì)纏繞技術(shù)的研究,主要都是基于競(jìng)度小(相對(duì)于成型直徑來說)且強(qiáng)度和韌度較好的纖維為成型材料,而對(duì)于寬度大(相對(duì)于成型直徑來說)且強(qiáng)度及韌度較差的紙帶作為增強(qiáng)材料,實(shí)現(xiàn)高精度、.高強(qiáng)度的纏繞成型研究,尚屬空白。因此,進(jìn)行復(fù)合纏繞紙管成型的機(jī)理研究、工藝分析與優(yōu)化及關(guān)鍵控制技術(shù)的研究是十分必要的。