缠绕成型工艺演示文稿

缠绕成型工艺演示文稿1当前1页，总共72页。（优选）缠绕成型工艺当前2页，总共72页。缠绕工艺流程图浸胶胶纱纱锭张力控制固化打模喷漆脱模芯模制造胶液配制纱团集束烘干络纱加热粘流纵、环向缠绕张力控制纵、环向缠绕成品湿法缠绕成型工艺干法缠绕成型工艺

第七章缠绕成型工艺3当前3页，总共72页。7.1.1.1干法缠绕干法缠绕特点：将预浸纱带(或预浸布)，在缠绕机上经加热软化至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。制品质量稳定(预浸纱由专用预浸设备制造，能较严格地控制纱带的含胶量和尺寸)；缠绕速度快(100～200m/min);缠绕设备清洁，劳动卫生条件好；预浸设备投资大。

第七章缠绕成型工艺4当前4页，总共72页。7.1.1.2湿法缠绕

将无捻粗纱(或布带)经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。

特点：

不需要预浸渍设备，设备投资少；对材料要求不严，便于选材；纱片质量不易控制和检验；张力不易控制；胶液中存在大量溶剂，固化时易产生气泡；浸胶辊、张力辊等要经常维护刷洗。

第七章缠绕成型工艺5当前5页，总共72页。7.1.1.3半干法缠绕将无捻粗纱(或布带)浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。特点：与湿法相比，增加了烘干工序，除去了溶剂。与干法相比，无需整套的预浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程可在室温下进行。提高了制品质量。

第七章缠绕成型工艺6当前6页，总共72页。7.1.2纤维缠绕制品的优点原因：(i)材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。表面积越大，缺陷率越高。缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率；所用纤维主要是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损失大大减少。(ii)避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中(iii)可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构(ⅳ)增强材料纤维含量高达80%(1)比强度高

第七章缠绕成型工艺7当前7页，总共72页。所用增强材料大多是无捻粗纱等连续纤维，减少了纺织和其它加工费用，材料成本低。制品质量高而稳定，可实现机械化、自动化操作，生产效率高，便于大批量生产。(2)可靠性高(3)生产效率高(4)材料成本低

第七章缠绕成型工艺8当前8页，总共72页。7.1.3原材料主要有纤维增强材料与树脂基体两大类选择原则缠绕制品的使用性能要求工艺性要求经济性要求产品的各项设计性能指标

第七章缠绕成型工艺9当前9页，总共72页。（1）增强材料主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维、芳纶纤维等。应根据不同产品对性能的要求进行选用。(1)航空和航天制品多选用性能优异价格昂贵的碳纤维和芳纶纤维，民用产品多选用连续玻璃纤维；(2)满足制品的性能要求；(3)纤维都必须进行表面处理；(4)与树脂浸渍性好，浸透速度快；(5)各股纤维张力均匀；(6)成带性好，不起毛，不断头。选用要求：改善与树脂基体的浸润性和粘附性

第七章缠绕成型工艺10当前10页，总共72页。（2）树脂体系树脂及各种助剂、填料等常用：不饱和聚酯树脂，环氧树脂(双酚A型)、酚醛－环氧树脂(环氧改性酚醛树脂)。

第七章缠绕成型工艺11当前11页，总共72页。7.1.4缠绕制品的应用军工方面：航空、航天、导弹（发动机壳体、高压容器、导弹发射筒等）。发动机壳体大型运载火箭的燃料箱

第七章缠绕成型工艺12当前12页，总共72页。缠绕复合材料压力容器在航空、航天、造船等领域获得广泛应用。碳纤维和芳纶纤维缠绕的薄壁金属内衬高压容器结构效率高、性价比高，是航天飞机和人造地球卫星的首选。充装介质有氮气、氧气、氢气和氦气，形状多为环形、球形和扁椭球形。压力容器球形椭球形

第七章缠绕成型工艺13当前13页，总共72页。民用方面：化工、石油、环保、建筑等领域的管道、贮罐、压力容器等。复合材料弯管制品美国纤维缠绕管道总长占整个运输工具的三分之一，所负担供应的能量(包括石油、天然气、煤、电)占全国需用量的一半以上。我国工业生产中也已大量采用纤维缠绕管道。

第七章缠绕成型工艺14当前14页，总共72页。立式贮罐

第七章缠绕成型工艺15当前15页，总共72页。小型压力容器在个人生命保障系统获得成功应用：消防员、登山队员的供氧器，特点：重量轻、便于携带、高疲劳寿命和高可靠性的综合特性。压力容器车用压缩天然气气瓶供养瓶

第七章缠绕成型工艺16当前16页，总共72页。电气工程中应用纤维缠绕技术制造输配电电线杆、天线杆及工程车臂杆纤维缠绕车用飞轮转子纤维缠绕天线杆

第七章缠绕成型工艺17当前17页，总共72页。7.1.5缠绕工艺的现状及发展发展方向：高性能材料和功能材料，主要用于高科技领域；军工使用转向民用；提高自动控制水平，提高生产效率；降低生产成本。作业：1、干法缠绕、湿法缠绕的特点分别是什么？

2、缠绕制品比强度高的原因是什么？

第七章缠绕成型工艺18当前18页，总共72页。7.2芯模外形同制品内腔形状尺寸一致对芯模要求(1)足够的强度和刚度。制造过程中要求芯模能够保证制品的结构尺寸及承受张力、固化热应力的载荷等。(2)必须满足制品的精度要求。(3)制作工艺简单、周期短，材料来源广，价格低。(4)制品完成后，要求芯模能顺利清除干净，而不影响制品质量。

第七章缠绕成型工艺19当前19页，总共72页。7.2.1芯模材料7.2.1.1常用材料主要是钢材、木材、塑料、铝、石膏、水泥、低熔点金属、低熔点盐类等国外较多用，制造芯模时将其熔化浇铸成壳体，脱模时加入热水搅拌溶解或用蒸汽熔化。

第七章缠绕成型工艺207.2.1.2芯模材料对制品的影响膨胀系数影响产品尺寸精度；弹性模量影响产品力学性能及尺寸精度；导热系数影响产品固化度；芯模中水份影响产品固化，甚至引起分层开裂。当前20页，总共72页。石膏芯模同金属材料相比优缺点：

优点：缺点：强度低，导热系数差。特别是在高温下强度降低并放出水分。价格低廉；成型工艺简单，容易成型各种复杂形状；特别是不宜进行机械加工的大型制品更为适宜；脱模容易。

第七章缠绕成型工艺21当前21页，总共72页。7.2.1.3选择芯模材料应注意的问题选定芯模材料应根据制品的生产批量、尺寸形状及性能要求来确定；(2)芯模材料不为树脂腐蚀，不能影响树脂系统固化；(3)多孔性材料有吸湿性，使用前必须烘干；(4)为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成分亦应均匀。

第七章缠绕成型工艺22当前22页，总共72页。7.2.2芯模的结构形式7.2.2.1实心或空心整体式芯模采用易敲碎的材料;可溶或易熔盐类；低熔点金属；由可溶或易熔粘结剂粘起来的集合体。将其熔化用铸造法浇铸成壳体，脱模时加入热水溶解。加热熔化铸造成空心壳体，脱模时采用蒸汽熔化

第七章缠绕成型工艺23当前23页，总共72页。7.2.2.2组合式芯模分瓣式采用弓形铝合金片构成回转体，外表面涂刮一层石膏层采用石膏隔板支撑金属细管，捆扎后外表刮石膏，封头亦用石膏制作用金属管捆扎成芯模，外表层刮石膏全部采用金属构件装配，外表层刮石膏隔板式捆扎式框架装配式

第七章缠绕成型工艺24当前24页，总共72页。7.2.2.4管道芯模整体式芯模开缩式芯模整体式芯模——用于直径小于800mm的管子生产开缩式芯模——用于直径大于800mm的管子生产整体式芯模的要求：1、具有经抛光的高精度表面2、具有锥度，不小于1/1000(便于脱模)芯模有中心轴，沿轴一定距离有一组可伸缩辐条式机构支撑轮状环。用于支撑芯模外壳。脱模时，通过液压的机械装置，使芯模收缩并从固化的制品中脱下来、然后再将芯模恢复到原始位置。

第七章缠绕成型工艺25当前25页，总共72页。7.2.3芯模设计基本要求(1)能够承受缠绕过程的工作荷载、自重及加工时的机械荷载；(2)具有—定刚度，在使用期间保持合乎要求的尺寸；(3)能经受固化温度的作用；(4)易于脱模。

第七章缠绕成型工艺26当前26页，总共72页。芯模设计的内容(1)芯模材料及结构型式的选定；(2)脱模方法及程序的制定(大型组装式芯模)；(3)总体结构与芯模零部件设计，包括刚度、强度设计计算；(4)芯模制造的技术经济指标分析。7.2.3.3芯模强度、刚度计算

第七章缠绕成型工艺27当前27页，总共72页。学习内容7.3缠绕规律7.3.1概述7.3.2螺旋缠绕线型7.3.3转速比

第七章缠绕成型工艺28当前28页，总共72页。7.3.1概述1.缠绕规律的内容2.缠绕线型分类？描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯模表面，以及芯模与导丝头间运动关系的规律。

第七章缠绕成型工艺29(1)纤维既不重叠又不离缝，均匀连续布满芯模表面。(2)纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。注意当前29页，总共72页。2.缠绕线型分类环向缠绕纵向缠绕螺旋缠绕芯模绕自轴匀速转动，导丝头在筒身区间作平行于轴线方向运动。芯模自转一周，导丝头近似移动一个纱片宽度的缠绕。(只能缠绕直筒段)环向缠绕缠绕角通常为85-90°封头纱带筒身b

第七章缠绕成型工艺30当前30页，总共72页。纱片螺距：W＝πDctgα纱片宽：b＝Wsinα=πDctgαsinα＝πDcosα环向缠绕参数关系图DπDαbWDαW

第七章缠绕成型工艺31当前31页，总共72页。(2)螺旋缠绕芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向往复运动。可以缠绕圆筒段，也可缠绕端头(封头)。纤维缠绕轨迹：由圆筒上的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线组成。螺旋缠绕

第七章缠绕成型工艺32当前32页，总共72页。（3）纵向缠绕（又称平面缠绕）导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自轴慢速旋转，导丝头转一周，芯模转动微小角度，反映在芯模表面上近似一个纱片宽度。平面缠绕纱片与芯模轴线间成0°~25°交角，纤维轨迹是一条单圆平面封闭曲线。

第七章缠绕成型工艺33当前33页，总共72页。纵向（平面）缠绕、缠绕角的正切值：平面缠绕参数关系图纱片与芯模的交角r1、r2—两封头极孔半径；lc—筒身段长度；le1、le2—两封头高度。lcle1le22r12r2baD△θsπDlcbα

第七章缠绕成型工艺34当前34页，总共72页。纵向（平面）缠绕的速比：单位时间内，芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比或绕丝头转一圈时导丝头绕芯模旋转的圈数。纱片宽度缠绕角

第七章缠绕成型工艺35平面缠绕当前35页，总共72页。证明：因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一层。设此时导丝头转了n圈，由速比定义有：在芯模筒段，纱片的有效宽度bb’lcle1le22r12r2ba

第七章缠绕成型工艺36当前36页，总共72页。

缠满整个筒体的必要条件：=则：

bb’作业：1、什么是螺旋缠绕？

2、写出平面缠绕速比的表达式并加以证明。

第七章缠绕成型工艺37当前37页，总共72页。7.3.2螺旋缠绕线型7.3.2.1纤维在芯模表面均匀布满的条件（1）一个完整循环的概念螺旋缠绕时，由导丝头引入的纤维自芯模上某点开始(空间点)，导丝头经过若干次往返运动后，又缠回到原来的起始点上(空间点)。这样在芯模上所完成的一次(不重复)布线称为“标准线”。完成一个标准线缠绕称为一个完整循环。“标准线”是反映缠绕规律的基本线型。连续纤维缠绕在芯模表面上的排布型式

第七章缠绕成型工艺38当前38页，总共72页。机器缠绕芯模数个来回后的纤维分布弯管芯模，灰色为圆环面，绿色为柱面

第七章缠绕成型工艺39当前39页，总共72页。复合材料弯管成品导丝头缠绕芯模一层后的纤维分布

第七章缠绕成型工艺40当前40页，总共72页。（2）一个完整循环的切点数及分布规律a、切点位置“时序相邻”和“位置相邻”的概念在极孔圆周上按时间顺序相继出现的两个切点称为时序相邻的两切点。时序相邻的切点的位置只能有两种情况：

1)两切点紧密排布，中间不能再加入其他切点，称为两切点“位置相邻”。2)两切点之间还可以加入其他切点，称两切点位置不相邻。

第七章缠绕成型工艺41当前41页，总共72页。b、单切点与多切点的概念多切点缠绕单切点缠绕完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上只有一个切点的情况。完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上有多个切点的情况

第七章缠绕成型工艺42完成一个完整的循环缠绕有两种情况：1)时序相邻的两切点位置也相邻。即在出现与初始切点位置相邻的切点以前，极孔上只有一个切点，这种缠绕线形称单切点线型。2)在出现与起始切点位置相邻的切点以前，极孔上已经出现了两个或两个以上切点，即时序相邻切点位置不相邻，这种缠绕线形称为多切点线型。当前42页，总共72页。在极孔上的切点线型排布单切点与双切点排布图1233124

单切点线型双切点线型纤维从切点1绕到与它时序相邻的切点2时，芯模转过中心角为360o/2

第七章缠绕成型工艺43当前43页，总共72页。多切点的排布图n=3n=4n=51231231234123412345142531352415432

第七章缠绕成型工艺44当前44页，总共72页。c、一个完整循环的n个切点必将等分极孔圆周由于芯模匀速转动，丝嘴每往返一次的时间又相同。因此，一个完整循环的n点切点必将等分极孔圆周。3）纤维在芯模表面均匀布满的条件a、一个完整循环的诸切点均布在极孔圆周上。b、位置相邻的两切点所对应的纱片在筒身段错开的距离等于一个纱片宽度。

第七章缠绕成型工艺45当前45页，总共72页。7.3.2.2纤维缠绕芯模转角(即缠绕中心角)与线型的关系设完成一个n切点的完整循环缠绕，芯模转角为θ，导丝头每往返一次芯模转角为θn，则：θn＝θ/nθn的推导：单切点：θ1=(1+N)360°±Δθ（N=0，1，2，······）

其中Δθ是使位置相邻的两切点对应的纱片在筒身段错开一个纱片的距离。123当从切点1绕到切点2或从切点2绕到切点3时，芯模转过中心角将是360°土Δθ，或者再加上360°的整数倍。

第七章缠绕成型工艺46当前46页，总共72页。两切点：一个完整循环导丝头往返2次才错过一个Δθ，导丝头往返一次时应错开Δθ/2。3124θ2=[(1+N)360°±Δθ]/2=(1/2+N)360°±Δθ/2

第七章缠绕成型工艺47三切点：n个切点：θ3=[(1+N)360°±Δθ]/3=(1/3+N)360°±Δθ/3θn=[(1+N)360°±Δθ]/n=(1/n+N)360°±Δθ/nn=3123123当前47页，总共72页。则对于θn有：θn＝（K/n+N）360°±△θ/nK值需要使K/n为最简真分数。但是，n≥3时各切点的排序与时间顺序不一定一致，例如θ3有2个值：θ3-1=（1/3+N）360°±Δθ/3

θ3-2=（2/3+N）360°±Δθ/3θ5有4个值：

θ5-1=（1/5+N）360°±Δθ/5θ5-2=（2/5+N）360°±Δθ/5θ5-3=（3/5+N）360°±Δθ/5θ5-4=（4/5+N）360°±Δθ/5

第七章缠绕成型工艺48当前48页，总共72页。在一个完整循环中，切点数不同，纤维缠绕的线型不同，导丝头往返一次芯模转角不同；如果在一个完整的循环中，切点数相同而切点排布顺序不同，则线型也不相同，导丝头往返一次的芯模转角也不同。1n=3n=4n=5123123123412341234514253352415432导丝头往返一次的转数可作为缠绕线型的“代号”。

第七章缠绕成型工艺49当前49页，总共72页。“线型”以导丝头往返一次芯模旋转的转数来表示:S0＝θn

/360°M=K+nNS0-表示线型；M——一个完整循环芯模转数；n——切点数，也是一个完整循环导丝头往返次数。不考虑芯模转角微调量θn＝(K/n+N)360°±△θ/nS0＝K/n+N＝M/n

第七章缠绕成型工艺50连续纤维缠绕在芯模表面上的排布型式当前50页，总共72页。7.3.3螺旋缠绕的转速比单位时间内，芯模转数与导丝头往返次数之比，完成一个完整循环，芯模转数与导丝头往返次数之比。一个完整循环的芯模转数一个完整循环中导丝头往返数不同的线型严格对应着不同的转速比定义线型在数值上等于转速比

第七章缠绕成型工艺51当前51页，总共72页。考虑到速比微调部分(即纱片宽度对应角度)的影响，实际转速比：

θn=(K/n+N)360°±Δθ/n

第七章缠绕成型工艺52当前52页，总共72页。7.4缠绕工艺设计缠绕工艺设计包含内容：根据产品使用和设计要求、技术质量指标，进行结构造型、缠绕线型和芯模设计；选择原材料；根据产品强度要求、原材料性能及缠绕线型进行缠绕层数计算；根据选定的原材料和工艺方法，确定工艺流程及工艺参数；根据缠绕线型选定缠绕设备，或为缠绕设备设计提供参数。

第七章缠绕成型工艺53当前53页，总共72页。7.4.2缠绕类型的选择缠绕类型选择考虑因素制品的结构形状和几何尺寸强度要求载荷特性缠绕设备

第七章缠绕成型工艺54当前54页，总共72页。(1)制品的结构形状和几何尺寸平面缠绕适合于球形、扁椭球形、长径比小于4的筒形制品。也适用于两封头不等极孔容器的缠绕。长形管状制品一般采用螺旋缠绕。为防止纤维打滑，平面缠绕通常采用预浸纱缠绕，同时，极孔直径一般不超过筒体直径的30%。

第七章缠绕成型工艺55当前55页，总共72页。纤维在筒身上交叉程度相当大，从强度观点看是不利的。螺旋缠绕因为交叉点处的纤维在承载状态下有被拉直的趋势，纤维交叉程度大就容易产生分层和损坏；其次，由于纤维交叉孔隙率偏高，而孔隙率是使制品剪切强度降低的主要原因。纤维在筒体是不交叉的，而以完整的缠绕层依次逐层重叠，排列较好。因此，平面缠绕可望获得高强度，并因而减轻制品质量。平面缠绕(2)强度要求

第七章缠绕成型工艺56当前56页，总共72页。(3)载荷特性当制品受到内压以外的荷载，设计灵活性较大。只要改变各方向玻璃纤维的数量就能独立和方便地调变纵向和环向强度。平面和环向组合缠绕螺旋缠绕在设计和工艺上对于内压以外荷载的适应性较差。(4)缠绕设备

第七章缠绕成型工艺57当前57页，总共72页。7.4.3螺旋缠绕线型参数选择缠绕角切点数封头包络圆缠绕程序链条长度纱片与芯模轴线的交角

第七章缠绕成型工艺58当前58页，总共72页。湿法缠绕，实际缠绕角应控制在与测地线缠绕角()偏离8～10°以内。

缠绕角选定线型的缠绕角应等于或接近测地线缠绕角不滑线的稳定要求封头的等强度要求曲面上两点之间的短程线，是在一个曲面上，每一点处测地曲率均为零的曲线。

第七章缠绕成型工艺59当前59页，总共72页。切点数封头包络圆选少切点线型。切点数越多，纤维交叉次数越多，使极孔附近区域的纤维堆积架空现象严重，导致应力集中，影响纤维强度的发挥。极孔包络圆应逐渐扩大，使纤维在极孔周围排布均匀，减轻纤维在极孔附近的堆积。减弱应力集中程度，不致使封头外形曲线发生过大变化，有利纤维强度的发挥。

第七章缠绕成型工艺60当前60页，总共72页。缠绕程序链条长度螺旋缠绕与环向缠绕应交替进行对于小车环链式缠绕机，缠绕角不宜选太小。否则，将使链条长度增大，设备笨重。同时超越长度也增大，使缠绕张力难以控制。

第七章缠绕成型工艺61当前61页，总共72页。7.4.4缠绕工艺参数缠绕工艺过程：芯模或内衬制造、胶液配制、纤维烘干和热处理、浸胶、胶纱烘干、缠绕、固化、检测等。石蜡浸润剂型纤维，350℃，5～7h（除去纤维表面蜡类物质）。纤维热处理：增强型浸润剂无捻纱，60～80℃，24h；

第七章缠绕成型工艺62当前62页，总共72页。热处理条件与残油量的关系热处理条件与强力的关系

第七章缠绕成型工艺63当前63页，总共72页。浸胶与胶液含量影响制品质量和厚度；影响制品的强度：含胶量过高，制品复合强度降低，含胶量过低，制品孔隙率增加，制品气密性、耐老化性及剪切强度下降。胶液含量过大的变化会引起不均匀的应力分布，并在某些区域引起破坏。

第七章缠绕成型工艺64当前64页，总共72页。沉浸式浸胶表面带胶式浸胶浸胶方式：通过挤胶辊压力来控制含胶量通过控制刮刀与胶辊距离，以改变胶辊表面胶层厚度，从而控制含胶量。胶槽纤维挤胶辊胶槽纤维刮刀胶辊浸胶槽应装备恒温水浴，以控制胶液温度(粘度)。胶含量控制：20％左右胶液粘度：0.35～1.0Pa.S