缠绕成型工艺.ppt

课件课件7 7.1 1.1 1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.7.缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.1 7.1 概述概述7.1.1 7.1.1 纤维缠绕工艺的分类纤维缠绕工艺的分类缠绕工艺：缠绕工艺：将将浸浸过树脂脂胶胶液液的的连续纤维或或布布带，按按照照一一定定规律律缠绕到到芯芯模模上上，然然后后固固化脱模成化脱模成为复合材料制品的工复合材料制品的工艺过程。程。工艺流程图：工艺流程图：P159 图7-1 干法干法缠绕、湿法、湿法缠绕。7.1.1.1 7.1.1.1 干法缠绕干法缠绕 将将预浸浸纱带（或或预浸浸布布），在在缠绕机机上上经加加热至至粘粘流流状状态并并缠绕到到芯芯模模上上的的成成型型工工艺过程。程。课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺图图7-1 7-1 缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图7 7.1 1.1 1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺干法缠绕特干法缠绕特点：点：制制品品质量量稳定定（含含胶胶量量、尺尺寸寸等等）；缠绕速速度度快快（100200m/min）;劳动卫生条件好；生条件好；预浸浸设备投投资大。大。7.1.1.2 7.1.1.2 湿法缠绕湿法缠绕 将无捻粗将无捻粗纱经浸胶后直接浸胶后直接缠绕到芯模上的到芯模上的成型工成型工艺过程。程。特点：特点：不需要不需要预浸浸渍设备，设备投投资少；便于少；便于选材；材；纱片片质量及量及张力需力需严格控制，固化格控制，固化时易易产生气泡。生气泡。7.1.1.3 7.1.1.3 半干法缠绕半干法缠绕 将无捻粗将无捻粗纱浸胶后，随即浸胶后，随即预烘干，然后烘干，然后缠绕到芯模上的成型工到芯模上的成型工艺方法。方法。7 7.1 1.1 1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.1.2 7.1.2 纤维缠绕制品的优点纤维缠绕制品的优点 （1 1）比强度高）比强度高 （比（比强度高的原因有四点度高的原因有四点 P160）;（2 2）生产成本低）生产成本低 （玻璃（玻璃纤维用量可达用量可达80）;（3 3）生产效率高）生产效率高 （可（可实现机械化、自机械化、自动化操作）。化操作）。7.1.3 7.1.3 原材料原材料主要有纤维增强材料与树脂两大类。主要有纤维增强材料与树脂两大类。（1 1）增强材料）增强材料 主主要要是是中中碱碱、无无碱碱粗粗纱。另另外外有有玻玻璃璃布布带、碳碳纤维等等。应根根据据不不同同产品品对性性能能的的要要求求进行行选用。用。7 7.1 1.2 2 纤纤维维缠缠绕绕制制品品的的优优点点 一一般般情情况况下下纤维需需进行行表表面面处理理。玻玻璃璃纤维的的选用要求有用要求有6条，条，P161。课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺（2 2）树脂体系）树脂体系包括包括树脂及各种助脂及各种助剂、填料等。、填料等。常用的有：常用的有：不不饱和和聚聚酯树脂脂，环氧氧树脂脂（双双酚酚A型型）、酚酚醛环氧氧树脂脂（环氧氧改改性性酚酚醛树脂脂）。选用要求：用要求：工工艺性好；性好；断裂延伸率与断裂延伸率与纤维匹配；匹配；固化收固化收缩率低并毒性小率低并毒性小;来源广泛来源广泛,价格低。价格低。7.1.4 7.1.4 缠绕制品的应用范围缠绕制品的应用范围军工方面：军工方面：航航空空、航航天天、导弹（发动机机壳壳体体、高高压容器、容器、导弹发射筒等）。射筒等）。民用方面：民用方面：化化工工、石石油油、环保保、建建筑筑等等领域域的的管管道、道、贮罐等。罐等。7 7.1 1.2 2 纤纤维维缠缠绕绕制制品品的的优优点点 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.1.3 7.1.3 缠绕工艺的现状及发展缠绕工艺的现状及发展 发展展方方向向:高高性性能能材材料料和和功功能能材材料料,主主要要用用于于高高科科技技领域域;军工工使使用用转向向民民用用；提提高高自自动控控制水平，提高生制水平，提高生产效率；降低生效率；降低生产成本。成本。7.2 7.2 芯模芯模 7.2.1 7.2.1 芯模材料芯模材料 7.2.1.1 7.2.1.1 常用材料常用材料作业：1、干法缠绕、湿法缠绕的特点分别是什么？2、缠绕制品的优点是什么？3、缠绕制品比强度高的原因是什么？7 7.1 1.3 3 缠缠绕绕工工艺艺的的现现状状及及发发展展 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺芯模材料芯模材料对制品的影响主要有：制品的影响主要有：膨膨胀系数系数对产品尺寸的影响；品尺寸的影响；弹性模量性模量对产品尺寸精度的影响；品尺寸精度的影响；导热系数系数对产品固化度的影响；品固化度的影响；芯模中水份芯模中水份对产品固化的影响。品固化的影响。7.2.1.3 7.2.1.3 选择芯模材料应注意的问题选择芯模材料应注意的问题14 P163 主主要要是是钢材材、木木材材、塑塑料料、铝、石石膏膏、水水泥等。水泥、石膏芯模材料的性能泥等。水泥、石膏芯模材料的性能见表表7-1。7.2.1.2 7.2.1.2 芯模材料对制品的影响芯模材料对制品的影响 石膏模与石膏模与钢模的比模的比较见表表7-2。7 7.2 2.1 1 芯芯模模材材料料 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.2.2 7.2.2 芯模的结构形式芯模的结构形式7.2.2.1 7.2.2.1 实心或空心整体式芯模实心或空心整体式芯模采用易敲碎的材料或可溶性的采用易敲碎的材料或可溶性的盐类。7.2.2.2 7.2.2.2 组合式芯模组合式芯模分瓣式、隔板式、捆扎式、框架装配式，分瓣式、隔板式、捆扎式、框架装配式，图7-2 7-3 7-4 7.2.2.3 7.2.2.3 石膏隔板组合式芯模石膏隔板组合式芯模 图7-5 7 7.2 2.2 2 芯芯模模的的结结构构形形式式 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.2.2.4 7.2.2.4 管道芯模管道芯模整体式芯模整体式芯模 开开缩式芯模式芯模 图7-6 7-7 整体式芯模整体式芯模 用于直径小于用于直径小于800mm的管子生的管子生产。开缩式芯模开缩式芯模 用于直径大于用于直径大于800mm的管子生的管子生产。要求：要求：1、具有、具有经抛光的高精度表抛光的高精度表面；面；2、具有、具有锥度，不小于度，不小于1/1000(便于脱模便于脱模)。7.2.3 7.2.3 芯模设计芯模设计 P165P165169 169 自学自学7 7.2 2.2 2 芯芯模模的的结结构构形形式式 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.3 7.3 缠绕规律缠绕规律7.3.1 7.3.1 概述概述 7.3.1.1 7.3.1.1 缠绕规律的内容缠绕规律的内容 对缠绕线形的两点要求：对缠绕线形的两点要求：（1）纤维既既不不重重合合又又不不离离缝，均均匀匀连续布布满芯模表面。芯模表面。（2）纤维在芯模表面位置在芯模表面位置稳定，不打滑。定，不打滑。7.3.1.2 缠绕线型分类缠绕线型分类环向向缠绕 纵向向缠绕 螺旋螺旋缠绕 所所谓缠绕规律律是是描描述述纱片片均均匀匀、稳定定、连续、排排布布在在芯芯模模表表面面,以以及及芯芯模模与与导丝头间运运动关系的关系的规律。律。7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺（1 1）环向缠绕）环向缠绕 芯芯模模自自转一一周周，导丝头近近似似移移动一一个个纱片片宽度的度的缠绕，称，称环向向缠绕。（只能。（只能缠绕直筒段）直筒段）图图7-15 7-15 环向缠环向缠绕绕7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律封封头 纱带筒身筒身b 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺纱片螺距：片螺距：WDctg 纱片片宽：bDcos 则：b wsin其中其中是是纱片与芯模片与芯模轴线的交角称的交角称缠绕角。角。图图7-16 7-16 环向缠绕参数关系图环向缠绕参数关系图7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律WDDb90 80 70 60 50 402.01.51.00.750.500.250 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺（2 2）螺旋缠绕）螺旋缠绕 定义：定义：芯模芯模绕自自轴匀速匀速转动，导丝头以特定速以特定速度沿芯模度沿芯模轴线方向往复运方向往复运动的的缠绕方式方式称螺旋称螺旋缠绕。此此缠绕方方式式不不仅可可以以缠绕圆筒筒段段，而而且且缠绕端端头(封封头)。图7-17。纤维缠绕轨迹：纤维缠绕轨迹：由由圆筒筒上上的的螺螺旋旋线和和封封头上上与与极极孔孔相相切切的的空空间曲曲线组成。成。图图7-17 7-17 螺旋缠螺旋缠绕绕7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺（3 3）纵向缠绕）纵向缠绕 （又称平面缠绕）（又称平面缠绕）导 丝 头 在在固固定定平平面面内内做做匀匀速速圆周周运运动，芯芯模模绕自自轴慢慢速速旋旋转，导丝头转一一周周，芯芯模模转动的的微微小小角角度度近近似似一一个个纱片片宽度度，这种种缠绕方方法法称称为平面平面缠绕。图图7-18 7-18 平面缠绕平面缠绕7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺平面平面缠绕、缠绕角的正切角的正切值为：图图7-19 7-19 平面缠绕参数关系图平面缠绕参数关系图7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律lcle1le22r12r2baDsDlcb 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺平面缠绕的速比：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。芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比。证明明：因因为芯芯模模转一一周周时，恰恰好好纱片片在在芯芯模模上上布布满一一层。设此此时丝头转了了n圈，由速比定圈，由速比定义有：有：在芯模筒段，在芯模筒段，纱片的有效片的有效宽度度 7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺 缠满整个筒体的必要条件是：整个筒体的必要条件是：=则：bb7 7.3 3 缠缠绕绕规规律律 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.3.2 7.3.2 螺旋缠绕线型螺旋缠绕线型 7.3.2.1 7.3.2.1 纤维在芯模表面均匀布满的条件纤维在芯模表面均匀布满的条件（1 1）一个完整循环的概念）一个完整循环的概念 螺螺旋旋缠绕时，由由导丝头引引入入的的纤维自自芯芯模模上上某某点点开开始始（空空间点点），导丝头经过若若干干次次往往返返运运动后后，又又缠回回到到原原来来的的起起始始点点上上（空空间点点）。这样在在芯芯模模上上所所完完成成的的一一次次（不不重重复复）布布线称称为“标准准线”。完完成成一一个个标准准线缠绕称称为一一个完整循个完整循环。“标准准线”是反映是反映缠绕规律的基本律的基本线型。型。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。7 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺（2 2）一个完整循环的切点数及分布规律）一个完整循环的切点数及分布规律a a、切点位置、切点位置“时序相邻时序相邻”和和“位置相邻位置相邻”的概念的概念 在在极极孔孔圆周周上上按按时间顺序序相相继出出现的的两两个个切点称切点称为时序相序相邻的两切点。的两切点。时序相序相邻的切点的位置只能有两种情况：的切点的位置只能有两种情况：1）、两两切切点点紧密密排排布布，中中间不不能能再再加加入入其其他他切切点，点，则称称为两切点两切点“位置相位置相邻”。2）、两两切切点点之之间还可可以以加加入入其其他他切切点点，称称此此两两切点位切点位置不相置不相邻。7 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺b b、单切点与多切点的概念、单切点与多切点的概念 完完成成一一个个完完整整循循环缠绕，极极孔孔圆周周上上只只有有一个切点的情况称一个切点的情况称单切点切点缠绕。完完成成一一个个完完整整循循环缠绕，极极孔孔圆周周上上有有多多个切点的情况称多切点个切点的情况称多切点缠绕。完成一个完整的循环缠绕有两种情况：完成一个完整的循环缠绕有两种情况：1）时序序相相邻的的两两切切点点位位置置也也相相邻。即即在在出出现与与初初始始切切点点位位置置相相邻的的切切点点以以前前，极极孔孔上上只只有有一个切点，一个切点，这种种缠绕线形称形称单切点切点线型。型。2）在在出出现与与起起始始切切点点位位置置相相邻的的切切点点以以前前，极极孔孔上上已已经出出现了了两两个个或或两两个个以以上上切切点点，即即时序序相相邻切切点点位位置置不不相相邻，这种种缠绕线形形称称为多多切切点点线型。型。7 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺在极孔上的切点在极孔上的切点线型排布型排布见图7-20，7-21。单切点切点线型型双切双切点点线型型图图7-20 7-20 单切点与双切点排布图单切点与双切点排布图7 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型1233124 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺n=3 n=4 n=3 n=4 n=5n=5图图7-21 7-21 多切点的排布图多切点的排布图7 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型1231231234123412345142531352415432 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺c c、一个完整循环的、一个完整循环的n n个切点必将等分极孔圆周个切点必将等分极孔圆周 由由于于芯芯模模匀匀速速转动，丝嘴嘴每每往往返返一一次次的的时间又又相相同同。因因此此，一一个个完完整整循循环的的n点点切切点点必必将将等等分极孔分极孔圆周。周。3 3）、纤维在芯模表面均匀布满的条件）、纤维在芯模表面均匀布满的条件 a、一个完整循、一个完整循环的的诸切点均布在极孔切点均布在极孔圆周上。周上。b、位位置置相相邻的的两两切切点点所所对应的的纱片片在在筒筒身身段段错开的距开的距离等于一个离等于一个纱片片宽度。度。作业：1、什么是“标准线”缠绕？2、在螺旋缠绕中什么是切点的“时序相邻”？什么是“位置 相邻”？3、螺旋缠绕中，纤维均匀布满芯模的充要条件是什么？4、芯模转角n的公式推导。7 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.3.2.2 7.3.2.2 纤维缠绕芯模转角（即缠绕中心角）与线型的关系纤维缠绕芯模转角（即缠绕中心角）与线型的关系 设完完成成一一个个n切切点点的的完完整整循循环缠绕，芯芯模模转角角为，导丝头每往返一次芯模每往返一次芯模转角角为n，则：n/n n的推的推导：P173-174 单切点：切点：1=（1+N）360 （N=0，1，2，）其中其中是使位置相是使位置相邻的两切点，的两切点，对应的的纱片片在筒身段在筒身段错开一个开一个纱片的距离。片的距离。两切点：两切点：一个完整循一个完整循环导丝头往返往返2次才次才错过一个一个，导丝头往返一次往返一次时应错开开/2。则有：有：2=（1/2+N）360/2三切点：三切点：3=（1/3+N）360/3 n个切点：个切点：n=（1/n+N）360/n 7 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺则对于于n有：有：n（K/n+N）360/nK值需要使需要使K/n为最最简真分数。真分数。但但是是，n3时各各切切点点的的排排序序与与时间顺序序不不一一定一致，如定一致，如图7-21，例如例如3有有2个个值：3-1=（1/3+N）360/33-2=（2/3+N）360/35有有4个个值：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 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺“线型型”以以导丝头往返一次芯模旋往返一次芯模旋转的的转数来表示数来表示:S0 n/360 K/n+NM/nM=K+nNS S0 0-表示线形；表示线形；M M一个完整循环芯模转数；一个完整循环芯模转数；n n切点数，也是一个完整循环导丝头往返次数。切点数，也是一个完整循环导丝头往返次数。表表7-3 给出了出了6切点以内的切点以内的S0所所对应的的n、K、N、n值。由上述分析可知：由上述分析可知：在在一一个个完完整整循循环中中，切切点点数数不不同同，纤维缠绕的的线型型不不同同；如如果果在在一一个个完完整整的的循循环中中，切切点点数数相相同同而而切切点点排排布布顺序序不不同同，则线型型也也不不相相同同；切切点点数数相相同同，而而切切点点排排布布顺序序也也相相同同，导丝头往往返返一一次次芯芯模模旋旋转的的N值不同，不同，线型也不相同。型也不相同。例：例：n n8 8K/n1/8，3/8，5/8，7/87 7.3 3.2 2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.3.3 7.3.3 螺旋缠绕的转速比螺旋缠绕的转速比芯模芯模转数与数与导丝头往返次数之比。往返次数之比。考考虑到到速速比比微微调部部分分（即即纱片片宽度度对应角角度度）的影响，的影响，实际转速比：速比：芯模芯模转角微小增量角微小增量 的的计算：算：b-b-纱片宽度；-缠绕角。7 7.3 3.3 3 转转速速比比 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.3.4 7.3.4 线型设计线型设计7.4 7.4 缠绕工艺设计缠绕工艺设计7.4.1 7.4.1 内压容器的结构选型内压容器的结构选型 P180182P1801827.4.2 7.4.2 缠绕类型的选择缠绕类型的选择 平平面面缠绕适适合合于于球球形形，扁扁球球形形制制品品。长形形管状制品一般采用螺旋管状制品一般采用螺旋缠绕。缠绕内内压容容器器时，极极少少采采用用纯螺螺旋旋缠绕，多采用螺旋多采用螺旋缠绕与与环向向缠绕的的组合合缠绕。原因：原因：（1）几几何何条条件件的的限限制制，即即封封头测地地线要要求，求，难以完全以完全实现。（2）纯螺旋螺旋缠绕纤维交叉程度大，易交叉程度大，易产生分生分层。7 7.4 4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.4.3 7.4.3 螺旋缠绕线型参数选择螺旋缠绕线型参数选择 (1)实际缠绕实际缠绕角角应应控制在控制在测测地地线缠绕线缠绕角（角（偏离偏离810以内。以内。）(2)切点数不易过多，切点过多时，切点处纤维交叉次数 多，极孔附近容易出现架空。(3)螺旋缠绕与环向缠绕应交替进行。(4)封头应逐渐扩大，减少应力集中。7 7.4 4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺7.4.4 7.4.4 工艺参数工艺参数纤维热处理：纤维热处理：增增强型浸型浸润剂无捻无捻纱，6080，24h；石蜡浸石蜡浸润剂型型纤维，350，57h （除去（除去纤维表面蜡表面蜡类物物质）。）。浸胶方式：两种浸胶方式：两种P185，图33，34 胶含量控制：胶含量控制：20左右左右胶液粘度：胶液粘度：0.351.0 Pa.S 缠绕张力的影响：力的影响：P185187 张力力过小，制品小，制品强度偏低，容器充度偏低，容器充压时变形大，疲形大，疲劳性能差；性能差；张力力过大大纤维磨磨损大，使大，使纤维强度度损失制品失制品强度下降。度下降。张力大小力大小应适中、适中、均匀。均匀。7 7.4 4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计 课件课件第七章第七章 缠绕成型工艺缠绕成型工艺缠绕速度：（速度：（对湿法湿法缠绕）纱线速度速度应小于小于0.9 m/s 小小车速度速度应小于小于0.75 m/s 固化制度：固化制度：P188190 考考虑树脂脂聚聚合合反反应的的时间和和传热时间，固固化化制制度度主主要要由由树脂脂系系统性性能能和和制制品品要要求求的的物物化化性性能能决定。决定。P189，图7-39 酚酚醛环氧玻璃氧玻璃钢气瓶的固化制度曲气瓶的固化制度曲线。图图7-33 7-33 沉浸式浸胶沉浸式浸胶图图7-34 7-34 表面带胶式表面带胶式浸胶浸胶7 7.4 4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计胶槽胶槽纤维挤胶胶辊胶槽胶槽纤维刮刀刮刀胶胶辊