复合材料缠绕成型工艺共26页
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复合材料缠绕与编织的工艺流程和注意事项
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复合材料成型工艺与设备(6.缠绕成型工艺)
图7-33 沉浸式浸胶
缠绕速度：（对湿法缠绕）
图7-34 表面带胶式浸胶
纱线速度应小于0.9 m/s 小车速度应小于0.75 m/s 固化制度：P188～190 考虑树脂聚合反应的时间和传热时间，固化制度主要 由树脂系统性能和制品要求的物化性能决定。
P189，图7-39 酚醛环氧玻璃钢气瓶的固化制度曲线。
图7-18 平面缠绕
15
2r1 2r2
πD
b
le1
lc
a le2
D △θ s
图7-19 平面缠绕参数关系图
平面缠绕、缠绕角的正切值为：
tg r1 r 2
lc le1 le2
b
α
lc
16
平面缠绕的速比： 芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比。
i b
D cos
证明 ：
因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一层。设 此时丝头转了n圈，由速比定义有：
32
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、前一个完整循环与相继的后一个完整循环所对应的 纱片在筒身段错开的距离等于一个纱片宽度。
24
6.3.2.2 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：
所谓缠绕规律是描述纱片均匀、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。
对缠绕线形的两点要求： （1）纤维既不重合又不离缝，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。
6.3.1.2 缠绕线型分类
环向缠绕
纵向缠绕
螺旋缠绕
11
（1）环向缠绕
复合材料的成形工艺PPT课件
• 制品质量稳定，生产率高；但投资大，层间剪切强度低； • 湿法
• 劳动条件差，强度大，质量不易控制，不易自动化； • 半干法
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七、拉挤成形工艺（pultrusion process）
• 送纱→浸胶→预成形→固化成形→牵引→恒定截 面型材
• 设备价低，生产率高，原料利用率高 • 制品方向性强，剪切强度低 • 适用于不同界面形状的长条状、板状等型材。
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9.2 金属基复合材料成形工艺
• 制备金属基复合材料（metal matrix composites, MMC），关键在于获得基体与增强体之间良好的浸润 与合适的界面结合。金属基复合材料复合加工较为困难， 主要分为三大类：
• 固态法 基体处于固态的加工方法，以避免金属基体与 增强材料之间的界面反应。包括粉末冶金法、扩散粘结 法（热压法、热等静压法）、形变法（轧制、挤压、拉 拔）、爆炸焊接法等。
品。
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四、层压成形工艺（lamination p ro c e s s ） • 层叠胶布→模板之间→加热、加压固化→冷却、脱模、修整→层压板
• 制品表面光，质量好且稳定，设备简单，生产率高 • 只能生产板材，且尺寸受限，制品精度低，劳动轻度大。
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五、模压成形工艺（press m oul di ng ） • 生产率高，制品尺寸精确，质量好且稳定，表面光洁，价低，自动化程度高，无
第6页/共33页
三、复合材料的增强机制和复合原则
• 复合原则 • 基体起粘接作用 • 基体对纤维的润湿性好； • 基体的塑性和韧性好； • 基体能保护好纤维表面。 • 增强材料承载大部分； • 强度、刚度要高，密度小，热稳定性高； • 增强体与基体结合强度高； • 纤维表面处理，增加表面粗糙度或形成活性基团 • 纤维的含量、直径、长度、分布适当； • 纤维、基体热胀系数相近。
• 劳动条件差，强度大，质量不易控制，不易自动化； • 半干法
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七、拉挤成形工艺（pultrusion process）
• 送纱→浸胶→预成形→固化成形→牵引→恒定截 面型材
• 设备价低，生产率高，原料利用率高 • 制品方向性强，剪切强度低 • 适用于不同界面形状的长条状、板状等型材。
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9.2 金属基复合材料成形工艺
• 制备金属基复合材料（metal matrix composites, MMC），关键在于获得基体与增强体之间良好的浸润 与合适的界面结合。金属基复合材料复合加工较为困难， 主要分为三大类：
• 固态法 基体处于固态的加工方法，以避免金属基体与 增强材料之间的界面反应。包括粉末冶金法、扩散粘结 法（热压法、热等静压法）、形变法（轧制、挤压、拉 拔）、爆炸焊接法等。
品。
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四、层压成形工艺（lamination p ro c e s s ） • 层叠胶布→模板之间→加热、加压固化→冷却、脱模、修整→层压板
• 制品表面光，质量好且稳定，设备简单，生产率高 • 只能生产板材，且尺寸受限，制品精度低，劳动轻度大。
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五、模压成形工艺（press m oul di ng ） • 生产率高，制品尺寸精确，质量好且稳定，表面光洁，价低，自动化程度高，无
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三、复合材料的增强机制和复合原则
• 复合原则 • 基体起粘接作用 • 基体对纤维的润湿性好； • 基体的塑性和韧性好； • 基体能保护好纤维表面。 • 增强材料承载大部分； • 强度、刚度要高，密度小，热稳定性高； • 增强体与基体结合强度高； • 纤维表面处理，增加表面粗糙度或形成活性基团 • 纤维的含量、直径、长度、分布适当； • 纤维、基体热胀系数相近。
复合材料缠绕成型工艺
分 类：干法缠绕 湿法缠绕 半干法缠绕
缠绕成型工艺流程（一）
纱团
纱架
浸胶
胶槽
张力控制
张力辊
缠绕
芯模
固化
固化炉
加工
（工艺流程图）
加工机械
树脂胶液 成品
缠绕成型工艺流程（二）
（工艺流程示意图）
缠绕成型工艺流程（三）
（浸胶）
缠绕成型工艺流程（四）
（缠绕）
缠绕成型设备（一）
（结构示意图）
缠绕成型设备（二）
缠绕规律（七）
分析方法：标准线法和切点法
标准线法的基本点就是通过容器表面的某一 特征线— “标准线”来研究制品的结构尺寸与 导丝头、芯模相对运动规律。这种方法直观性， 但分析演算过程较为复杂，精确性也不太高。
切点法是研究缠绕线型在极孔上对应切点 的分布规律，研究纤维缠绕芯模转角与线型， 速比之间的关系。该方法的理论性较强，数学 推导比较严密。
思考题
1）缠绕设备的主要组成部分及其作用。 2）环向缠绕时，为什么缠绕角要大于70度？
每条纤维都对应于极孔圆周上的一个切点，相同方向邻近纱 片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交。这样，当纤维均 匀缠满芯模表面时实际以构成了双层。
缠绕规律（六）
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，芯模转动一个微 小角度，反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。纱片依次连续 缠绕到芯模上，各纱片均与极孔相切，相互紧挨着而不交叉。 缠绕轨迹近似一个平面单圆封闭曲线。
缠绕只能在筒身段进行，不能缠封头。相邻纱片之间 相接而不相交，其缠绕角在85°~90°之间。
缠绕规律（四）
b
a D
W
缠绕成型工艺流程（一）
纱团
纱架
浸胶
胶槽
张力控制
张力辊
缠绕
芯模
固化
固化炉
加工
（工艺流程图）
加工机械
树脂胶液 成品
缠绕成型工艺流程（二）
（工艺流程示意图）
缠绕成型工艺流程（三）
（浸胶）
缠绕成型工艺流程（四）
（缠绕）
缠绕成型设备（一）
（结构示意图）
缠绕成型设备（二）
缠绕规律（七）
分析方法：标准线法和切点法
标准线法的基本点就是通过容器表面的某一 特征线— “标准线”来研究制品的结构尺寸与 导丝头、芯模相对运动规律。这种方法直观性， 但分析演算过程较为复杂，精确性也不太高。
切点法是研究缠绕线型在极孔上对应切点 的分布规律，研究纤维缠绕芯模转角与线型， 速比之间的关系。该方法的理论性较强，数学 推导比较严密。
思考题
1）缠绕设备的主要组成部分及其作用。 2）环向缠绕时，为什么缠绕角要大于70度？
每条纤维都对应于极孔圆周上的一个切点，相同方向邻近纱 片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交。这样，当纤维均 匀缠满芯模表面时实际以构成了双层。
缠绕规律（六）
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，芯模转动一个微 小角度，反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。纱片依次连续 缠绕到芯模上，各纱片均与极孔相切，相互紧挨着而不交叉。 缠绕轨迹近似一个平面单圆封闭曲线。
缠绕只能在筒身段进行，不能缠封头。相邻纱片之间 相接而不相交，其缠绕角在85°~90°之间。
缠绕规律（四）
b
a D
W
复合材料的成型工艺课件
注射成型工艺
注射成型工艺是将热塑性或热固 性复合材料加热至熔融状态，然 后通过注射机将其注入模具中，
冷却后脱模得到制品的工艺。
该工艺适用于制备大型、结构复 杂的制品，如家电外壳、汽车零
部件等。
注射成型工艺具有生产效率高、 自动化程度高等优点，但模具成 本较高，且对材料性能要求较高
。
层压成型工艺
层压成型工艺是将多层复合材料叠合 在一起，然后在压力和温度作用下使 其粘合在一起并成型的一种工艺。
随着科技的发展，对复合材料的 性能要求越来越高，复合材料成 型工艺正朝着高性能化的方向发
展。
智能化
智能化成型工艺能够提高生产效率 和产品质量，是复合材料成型工艺 的重要发展方向。
绿色化
环保意识的提高，对复合材料的生 产过程中的环保要求也越来越高， 绿色化成型工艺成为未来的发展趋 势。
复合材料成型工艺面临的挑战
。
体育器材领域的应用实例
总结词
轻量、高强度、耐用
VS
详细描述
体育器材领域也是复合材料应用的重要领 域，如滑雪板、羽毛球拍、自行车车架等 。这些应用主要得益于复合材料的轻量、 高强度和耐用等特性，能够提高运动器材 的性能和寿命。
05
复合材料成型工艺的发展趋势与挑战
复合材料成型工艺的发展趋势
高性能化
热压成型工艺的原理与特点
热压成型工艺原理
热压成型是利用热塑性复合材料的热塑性，在加热、加压条 件下，将材料加热至熔点或软化点，然后在压力作用下使材 料塑性变形并贴合在模具表面，冷却固化后形成所需形状的 制品。
热压成型特点
热压成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、表面质量 好等优点，适用于生产形状复杂、尺寸精度要求高的复合材 料制品。
15.【复合材料】第3章 缠绕成型工艺1
过高或过低。温度过高，溶剂来不及除去，
树脂就已凝胶，达不到烘干目的。
（5）缠绕速度
缠绕过程的进行，需要两个基本运动 芯模旋转，其旋转切线速度称芯模速度，导 丝头（小车）往复直线运动，其速度称小车 速度。 由于缠绕机上述的两个运动 ，才使纤维能 缠到芯模上去。纤维纱线相对于导丝头缠到 芯模上去的速度称纱线速度。缠绕速度通常 指纱线速度，应控制在一定范围。
导丝头在固定平面内作匀速圆周运动，芯模绕自轴 慢速旋转。导丝头转一周，芯模转动一个微小角度， 反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。
6.5.4 缠绕工艺设计
缠绕工艺设计包含下述内容： （1）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。 （2）选择原材料。 （3）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。 （4）根据选定的原材料和工艺方法，制 定工艺流程及工艺参数。 （5）根据缠绕线型选定缠绕设备，或为 缠绕设备设计提供参数。
6.5.4.3 缠绕设备选择
根据制品的结构形状和几何尺寸、 缠绕线型等综合考虑。 一般螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕采用 卧式小车环链式缠绕机。 平面缠绕或平面加环向缠绕一般采用 摇臂式或跑道式缠绕机
6.5.5
缠绕工艺参数
缠绕工艺过程一般由下列各工序组 成： 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
6.5.2.2 选择和使用芯模材料时 注意的问题
1）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）芯模材料既不为树脂腐蚀，更重要是不能影响 树脂系统固化。 3）多孔性材料有吸湿性，使用前必须处理 4）为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成分亦 应均匀。
树脂就已凝胶，达不到烘干目的。
（5）缠绕速度
缠绕过程的进行，需要两个基本运动 芯模旋转，其旋转切线速度称芯模速度，导 丝头（小车）往复直线运动，其速度称小车 速度。 由于缠绕机上述的两个运动 ，才使纤维能 缠到芯模上去。纤维纱线相对于导丝头缠到 芯模上去的速度称纱线速度。缠绕速度通常 指纱线速度，应控制在一定范围。
导丝头在固定平面内作匀速圆周运动，芯模绕自轴 慢速旋转。导丝头转一周，芯模转动一个微小角度， 反映在芯模表面为近似一个纱片宽度。
6.5.4 缠绕工艺设计
缠绕工艺设计包含下述内容： （1）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。 （2）选择原材料。 （3）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。 （4）根据选定的原材料和工艺方法，制 定工艺流程及工艺参数。 （5）根据缠绕线型选定缠绕设备，或为 缠绕设备设计提供参数。
6.5.4.3 缠绕设备选择
根据制品的结构形状和几何尺寸、 缠绕线型等综合考虑。 一般螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕采用 卧式小车环链式缠绕机。 平面缠绕或平面加环向缠绕一般采用 摇臂式或跑道式缠绕机
6.5.5
缠绕工艺参数
缠绕工艺过程一般由下列各工序组 成： 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
6.5.2.2 选择和使用芯模材料时 注意的问题
1）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）芯模材料既不为树脂腐蚀，更重要是不能影响 树脂系统固化。 3）多孔性材料有吸湿性，使用前必须处理 4）为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成分亦 应均匀。
复合材料的成型工艺
38
常用的芯模材料有石膏、石蜡、金 属或合金、塑料等，也可用水溶性高分 材料，如以聚烯醇作粘结剂制成芯模。
39
连续纤维缠绕技术的优点
首先，纤维按预定要求排列的规整度和精度 高，通过改变纤维排布方式、数量，可以实现等 强度设计，因此，能在较大程度上发挥增强纤维 抗张性能优异的特点，
40
其次，用连续纤维缠绕技术所制得 的成品，结构合理，比强度和比模量高， 质量比较稳定和生产效率较高等。
60
注射成型工艺过程包括加料、熔化、混合、 注射、冷却硬化和脱模等步骤。
加工热固性树脂时，一般是将温度较低的树 脂体系(防止物料在进入模具之前发生固化)与短 纤维混合均匀后注射到模具，然后再加热模具使 其固化成型。
61
在加工过程中，由于熔体混合物的流动 会使纤维在树脂基体中的分布有一定的各向 异性。
(2)电工领域。主要用于高压电缆保护管、电 缆架、绝缘梯、绝缘杆、灯柱、变压器和电机的零 部件等。
55
(3)建筑领域。主要用于门窗结构用型材、 桁架、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。
(4)运输领域。主要用于卡车构架、冷藏车 箱、汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、船 舶甲板、电气火车轨道护板等。
56
53
③不需要或仅需要进行少量加工，生 产过程中树脂损耗少；
④制品的纵向和横向强度可任意调整， 以适应不同制品的使用要求，其长度可根 据需要定长切割。
54
拉挤制品的主要应用领域
(1)耐腐蚀领域。主要用于上、下水装置，工 业废水处理设备、化工挡板及化工、石油、造纸和 冶金等工厂内的栏杆、楼梯、平台扶手等。
大量使用的基体材料有不饱和聚酯树 脂和环氧树脂等。
49
另外，以耐热性较好、熔体粘度较低的 热塑性树脂为基体的拉挤成型工艺也取得了 很大进展。
常用的芯模材料有石膏、石蜡、金 属或合金、塑料等，也可用水溶性高分 材料，如以聚烯醇作粘结剂制成芯模。
39
连续纤维缠绕技术的优点
首先，纤维按预定要求排列的规整度和精度 高，通过改变纤维排布方式、数量，可以实现等 强度设计，因此，能在较大程度上发挥增强纤维 抗张性能优异的特点，
40
其次，用连续纤维缠绕技术所制得 的成品，结构合理，比强度和比模量高， 质量比较稳定和生产效率较高等。
60
注射成型工艺过程包括加料、熔化、混合、 注射、冷却硬化和脱模等步骤。
加工热固性树脂时，一般是将温度较低的树 脂体系(防止物料在进入模具之前发生固化)与短 纤维混合均匀后注射到模具，然后再加热模具使 其固化成型。
61
在加工过程中，由于熔体混合物的流动 会使纤维在树脂基体中的分布有一定的各向 异性。
(2)电工领域。主要用于高压电缆保护管、电 缆架、绝缘梯、绝缘杆、灯柱、变压器和电机的零 部件等。
55
(3)建筑领域。主要用于门窗结构用型材、 桁架、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。
(4)运输领域。主要用于卡车构架、冷藏车 箱、汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、船 舶甲板、电气火车轨道护板等。
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③不需要或仅需要进行少量加工，生 产过程中树脂损耗少；
④制品的纵向和横向强度可任意调整， 以适应不同制品的使用要求，其长度可根 据需要定长切割。
54
拉挤制品的主要应用领域
(1)耐腐蚀领域。主要用于上、下水装置，工 业废水处理设备、化工挡板及化工、石油、造纸和 冶金等工厂内的栏杆、楼梯、平台扶手等。
大量使用的基体材料有不饱和聚酯树 脂和环氧树脂等。
49
另外，以耐热性较好、熔体粘度较低的 热塑性树脂为基体的拉挤成型工艺也取得了 很大进展。
复合材料的成型工艺ppt课件
第二节 金属基复合材料(MMC)成形工艺
一、固态法
1.扩散黏结法(Diffusion Bonding) 如图9-2所示，扩散黏结是一种在较长时间、
较高温度和压力下，通过固态焊接工艺，使同类 或不同类金属在高温下互扩散而黏结在一起的工 艺方法。
2.形变法(Plastic Forming) 形变法就是利用金属具有塑性成型的工艺特点
2.复合材料的特点
(1)比强度和比刚度高 (2)抗疲劳性好 (3)高温性能好 (4)减振性能好 (5)断裂安全性高 (6)可设计性好
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
第一节 复合材料简述
四 、 复 合 材 料 的 失 效 (Failure of Composite)
复合材料的失效一般是指其疲劳破坏过程。
1.制造加工损伤
此种损伤产生初始缺陷。，它包括：纤维铺设不 均，扭结、死扣等，树脂不均；纤维切断、错排； 固化不足；有孔隙、气泡；材质污染等。
2.使用引起的损伤
此种损伤导致缺陷发展。它包括：树脂裂纹或老 化；分层；纤维断裂；振动较大导致的纤维断裂； 温度变化较大；机加工产生内应力；碰撞等。
二、复合材料用原料
1.增强材料
(1)碳纤维(Carbon Fiber) (2)硼纤维(Boron Filament) (3)芳纶(Aramid Ring) (4)玻璃纤维(Glass Fiber) (5)碳化硅纤维(Silicon Carbide Fiber) (６)晶须(Whisker)
2.基体材料
3）基体能够很好地保护纤维表面，不产生表面 损伤、不产生裂纹。