缠绕成型工艺优秀课件
第6章 缠绕成型工艺 (1)
第六章 缠绕成型工艺
③ 纤维都必须进行表面处理，以改善与树脂基 体的浸润性和粘附性。 玻璃纤维亦采用优良的增强型浸润剂。碳纤维则 应采用气液相氧化法、表面清洁法、电沉积与电 聚合法等进行表面处理，以改善表面结构，提高 表面活性； 6.1.2
纤 维 缠 绕 制 品 的 ④ 与树脂浸渍件性好，浸透速度快； 优 ⑤ 各股纤维张力均匀； 点 ⑥成带性好，不起毛，不断头。
第六章 缠绕成型工艺
6.1.3 原材料 主要有纤维增强材料与树脂两大类。 选择原则
纤 维 缠 绕 制 品 的 优 点
6.1.2
产品的各项设计性能指标
缠绕制品的使 用性能要求
工艺性要求
经济性要求
第六章 缠绕成型工艺
6.1.3 原材料 （1）增强材料 主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维 等。应根据不同产品对性能的要求进行选用。
第六章 缠绕成型工艺
6.2.3 芯模设计 芯模设计的内容 根据制品批量、尺寸、固化温度、生产周期、工作载荷、 树脂收缩等因素进行：
芯 模 设 计
6.2.3
芯模设计需满足的基本要求 芯模设计的内容 芯模强度、刚度计算
第六章 缠绕成型工艺
6.2.3 芯模设计
芯模设计需满足的基本要求
能够承受缠绕过程的工作载荷、自重及加工过程的机械
芯 模 设 计
6.2.3
载荷；
具有一定刚度，在使用期间保持合乎要求的尺寸；
能经受固化温度的作用； 易于脱模。
6.1 概述
概 述
6.1
第六章 缠绕成型工艺 6. 缠绕成型工艺
6.1 概述
概 述
6.1
第六章 缠绕成型工艺 6. 缠绕成型工艺
缠绕成型工艺
缠绕成型工艺1.1纤维缠绕工艺的分类：缠绕工艺：将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。
决定产品形状的模具基本纤维缠绕机玻璃钢.高压储气罐/碳纤维球1.1.1 干法缠绕将预浸纱带(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。
干法缠绕特点: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。
干法缠绕制品质量较稳定，并可大大提高缠绕速度，可达到100m／min～200m／min。
缠绕设备清洁．劳动卫生条件较好。
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。
此法无须另行配置浸渍设备。
对材料要求不严，便于选材，故比较经济纱片质量及缠绕过程中张力不易控制。
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。
湿法缠绕工艺流程:原 材 料缠 绕 设 备浸 胶 缠 绕增强材料：应用最广、量最大的是玻璃纤维。
此外有碳纤维，Kevlar 纤维等。
卧式缠绕机缠绕设备立式缠绕机卧式缠绕机立式缠绕机缠 绕 机 构纱架浸胶槽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 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。
1.2 纤维缠绕制品的优点(1) 比强度高 FWRP 的比强度3倍于钛，4倍于钢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。
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缠绕
四、纤维缠绕规律 缠绕成型工艺要求连续纤维按照芯模和馈送纤维的丝嘴两个 系统相对运动的变化，在芯模上绕制成各种花纹。 要制成可用的制品，则必须要求把纤维按一定规律均匀地布满 在整个心模表面上。这种规律，就被称之为缠绕规律。 缠绕规律由芯模与丝嘴之间相对运动关系所决定。 缠绕规律可归结为环内缠绕、纵向平面缠绕和螺旋缠绕三种 类型。
缠绕成型工艺 一、 概 述 定义：将经过浸胶的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到 芯模上，然后固化成为制品的方法，称为纤维或布带缠绕工艺。 特点：1、制品的比强度和比刚度较高；2、制品结构合理； 3、缠绕工艺的机械化程度比较高，生产效率也较高；4、可成 型各种尺寸的制品； 5、设备投资较大 ；6、目前缠绕成型工 艺主要用于缠绕两端带封头的圆柱形、球形及某些外凸型回转 形压力容器。 分类：根据缠绕时树脂基体所处的化学物理状态不同，缠绕 工艺可分为干法、湿法及半干法三种。
缠绕过程中芯模与丝嘴的相对关系 1、单切点缠绕
丝嘴在芯模的纵向上经历了一个往复，同时围绕芯模旋转了 θ1，θ1角称为缠绕中心角。其值为：θ1=360+∆θ
∆θ与纱片宽度有关，设纱片宽为b，则：
式中D为圆筒段直径，α为圆筒段的缠绕角
(b)是单切点线型的另一种情况，称为“8”字形单切点缠绕线型， 其标准线在芯模的圆筒段上发生一次相交。丝嘴沿芯模纵向经历一 个往复，同时围绕芯模旋转角度为：
1 环向缠绕规律 线型：缠绕时，芯模绕本身轴线作匀速转动，丝嘴沿芯模筒 体段轴线方向均匀移动。芯模每转一周，丝嘴移动一个纱片宽度， 如此循环下去直至纱片均匀地布满芯模筒体段表面为止。 特点：1、 环向缠绕的纤维只提供环向强度；2、纤维的缠绕 角(即纤维缠绕在芯模上时，纤维方向与芯模轴线之间的夹角)通 常在85～90度之间。 方法：实现环向缠绕的缠绕机运动速比可以定义为：在单位 时间里芯模的转数Zm与丝嘴移动距离T的比值，即
玻璃钢制品缠绕工艺图文并茂
玻璃钢制品缠绕工艺（图文并茂）纤维缠绕工艺是树脂基复合材料的主要制造工艺之一。
是一种在控制张力和预定线型的条件下，应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上，然后在一定温度环境下使之固化，成为一定形状制品的复合材料成型方法。
纤维缠绕成型工艺示意图1-1。
缠绕的主要形式有三种（图1-2 ):环向缠绕、平面缠绕及螺旋缠绕。
环向缠绕的增强材料与芯模轴线以接近90度角（通常为85-89度）的方向连续缠绕在芯模上，平面缠绕的增强材料以与芯模两端极孔相切并在平面内的方向连续缠绕在芯模上，螺旋缠绕的增强材料也与芯模两端相切，但是在芯模上呈螺旋状态连续缠绕在芯模上。
纤维缠绕技术的发展与增强材料、树脂体系的发展和工艺发明息息相关。
尽管在汉代就有在长木杆外加纵向竹丝及环向蚕丝后浸渍大漆制造戈、戟等长兵器杆的工艺，但直到20世纪50年代纤维缠绕工艺才真正成为一种复合材料制造技术。
1945年首次应用纤维缠绕技术成功制造了无弹簧的车轮悬挂装置，1947年第一台纤维缠绕机被发明。
随着碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维的开发和微机控制缠绕机的出现，纤维缠绕工艺作为一种机械化生产程度很高的复合材料制造技术，得到迅速的发展，20世纪60年代开始在几乎所有可能的领域都得到了应用。
根据缠绕时树脂基体所处的化学、物理状态不同，缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种。
1．干法干法缠绕采用经过事先浸胶而处于B阶段的预浸纱带。
预浸纱带是在专门的工厂或车间制造与提供的。
干法缠绕时，在缠绕机上需先对预浸纱带进行加热软化处理后再缠绕到芯模上。
由于可以在缠绕前对预浸纱带的含胶量、胶带尺寸及质量进行检测和筛选，因而可以较准确地控制制品质量。
干法缠绕的生产效率较高，缠绕速度可达100-200m/min,工作环境也较清洁。
但干法缠绕设备比较复杂且造价很高，缠绕制品的层间剪切强度也较低。
2．湿法湿法缠绕是将纤维经集束、浸胶后，在张力控制下直接缠绕在芯模上，然后再固化成型。
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。
缠绕成型
• 缠绕成型填料
• 填料种类很多，加入后能改善树脂基体 的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性 和降低收缩率等。在胶液中加入空心玻璃 微珠，可提高制品的刚性，减小密度降低 成本等。在生产大口径地埋管道时，常加 入30%石英砂，借以提高产品的刚性和降 低成本。为了提高填料和树脂之间的粘接 强度，填料要保证清洁和表面活性处理。
• 缠绕张力应该逐层递减。这是因为后缠上的一层 纤维由于张力作用会使先缠上的纤维层连同内衬 一起发生压缩变形，使内层纤维变松。假若采用 不变的张力制度，将会使容器上的纤维呈现内松 外紧状态，使内外纤维的初应力有很大差异，容 器充压时纤维不能同时均匀受力。严重者可使内 层纤维产生皱褶、内衬鼓泡、变形等屈服状态。 这样将大大降低容器强度和疲劳性能。来用逐层 递减的张力制度后，虽然后缠上的纤维对先缠上 的纤维仍有削减作用，但因本身的张力较小，就 和先一层被削减后的张力相同，这样就可保证所 有缠绕层自内至外都具有相同的变形和初张力。 容器充压时，纤维能同时受力，使得容器强度得 到提高。使纤维强度能更好发挥。
• 1）随着容器厚度增加，内外质量不均匀性 增大；
• 2）随着容器壁厚增加、缠绕层数增多， 要求纤维的缠绕张力愈来愈小，使整个容 器中纤维的初张力偏低，这将影响容器的 变形能力和强度。
• 为有效地发挥厚壁容器中的纤维强度，分 层固化是一个有效的技术途径。分层固化 的容器，好象把一个厚壁容器变成几个紧 紧套在一起的薄壁容器组合体。在内压作 用下，他们有同一的变了薄壁容器在强 度方面的优越性。
• 1、玻璃钢容器缠绕工艺中的增股减层问题 • 缠绕工艺中，适当增加纤维股数，减少缠绕层
数，是提高容器生产效率的措施之一。但是，在 应用时要全面考虑，不可一味追求生产效率。纤 维股数增多后，在缠绕线型的交叉点和极孔切点 处“架空”现象将随之加剧。使得在架空部位的 纤维与内衬之间形成孔隙。容器充压时，铝内衬 承受不了压力的作用将被挤入架空部位，严重影 响容器的疲劳性能。纤维股数增多后，纵向缠绕 层数相应减少，包络圆直径的数目也将减少，使 得纤维在头部不能均衡分布，造成头部强度下降。 因此增股减层的措施应该慎重采用。应用不当会 造成制品质量下降。
缠绕成型工艺
缠绕成型工艺在现代工业生产中，缠绕成型工艺作为一种重要的制造技术，广泛应用于多个领域，为我们的生活带来了诸多便利。
缠绕成型工艺是一种将连续的纤维丝束或带材按照特定的规律缠绕在芯模上，然后通过固化等处理步骤，使其成为具有一定形状和性能的复合材料制品的工艺方法。
这种工艺具有许多独特的优点，使其在众多制造工艺中脱颖而出。
首先，缠绕成型工艺能够制造出高强度、高刚度的制品。
由于纤维在缠绕过程中能够按照最优的受力方向进行排列，从而充分发挥纤维的增强作用，使得最终制品具有出色的力学性能。
这一特点使得缠绕成型制品在航空航天、汽车、船舶等对材料性能要求较高的领域得到了广泛应用。
比如，飞机的机翼、火箭的发动机壳体等关键部件，很多都是采用缠绕成型工艺制造的。
其次，缠绕成型工艺具有良好的可设计性。
通过调整纤维的缠绕角度、层数和分布方式，可以精确地控制制品的性能和形状。
这使得设计师能够根据不同的使用需求，定制出具有特定性能的产品，大大提高了产品的适应性和竞争力。
再者，缠绕成型工艺生产效率较高。
相比于一些传统的制造工艺，缠绕成型可以实现自动化生产，减少了人工干预，提高了生产速度和产品的一致性。
而且，在大规模生产中，其成本相对较低，具有明显的经济优势。
缠绕成型工艺的过程看似简单，实则包含了许多复杂的技术环节。
首先是芯模的设计与制造。
芯模是缠绕成型的基础，其形状和尺寸直接决定了最终制品的形状和尺寸。
芯模的材料通常要具有足够的强度和刚度，以承受缠绕过程中的压力和张力，同时还要便于脱模。
然后是纤维的准备。
纤维的种类、规格和性能对制品的质量有着重要影响。
常见的纤维材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
在缠绕前，纤维需要经过预处理，如浸润树脂、烘干等，以保证纤维与树脂的良好结合。
接下来是缠绕过程。
这是整个工艺的核心环节。
纤维按照预定的规律缠绕在芯模上，缠绕的方式有多种，如环向缠绕、螺旋缠绕和纵向缠绕等。
不同的缠绕方式可以组合使用，以达到最佳的制品性能。
缠绕成型(2)
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
M i0 S0 n
一个完整循环中导丝头往返数 定义线型在数值 上等于转速比
不同的线型严格对应 着不同的转速比
θ3-2=（2/3+N）360°±Δθ/3 θ5有4个值：
θ5-1=（1/5+N）360°±Δθ/5
θ5-2=（2/5+N）360°±Δθ/5 θ5-3=（3/5+N）360°±Δθ/5 θ5-4=（4/5+N）360°±Δθ/5 则对于θn有： θn＝（K/n +N）360°±△θ/n
K值需要使K/n为最简真分数。
高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBE研究室
(3) 载荷特性 平面和环向组合缠绕 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。 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
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1
1 5 4
1 2 4
1 3
3 1
2 3 1 4 3 4
2
3
1
2 42
5
1 5
2 2 3 3
5
2
3
4
n=3
n=4 多切点的排布图
n=5
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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。