第《7》章缠绕成型工艺

1、 第七章 缠绕成型工艺 7 7 缠绕成型工艺缠绕成型工艺 7.1 概述概述 7.2 芯模芯模 7.3 缠绕规律缠绕规律 7.4 缠绕工艺设计缠绕工艺设计 1 7.1 概述概述 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： 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠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。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决定产品形状的模具 第七章 缠绕成型工艺 2 绕线筒绕线筒 张力控制器张力控制器 预浸槽预浸槽 小车小车 吐丝嘴吐丝嘴 芯模芯模 基本

2、纤维缠绕机基本纤维缠绕机 缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图 浸胶浸胶胶纱纱锭胶纱纱锭 张力控制张力控制 固化固化 打模喷漆打模喷漆脱模脱模 芯模制造芯模制造 胶液配制胶液配制 纱团纱团 集束集束 烘干烘干络纱络纱 加热粘流加热粘流 纵、环向缠绕纵、环向缠绕 张力控制张力控制 纵、环向缠绕纵、环向缠绕 成品成品 湿湿 法法 缠缠 绕绕 成成 型型 工工 艺艺 干干 法法 缠缠 绕绕 成成 型型 工工 艺艺 第七章 缠绕成型工艺 3 7.1.1.1 干法缠绕干法缠绕 干法缠绕特点：干法缠绕特点： 将预浸纱带将预浸纱带(或预浸布或预浸布)，在缠绕，在缠绕 机上经加热软化至粘流状态并缠绕机上经加热软化至粘

3、流状态并缠绕 到芯模上的成型工艺过程。到芯模上的成型工艺过程。 制品质量稳定制品质量稳定(预浸纱由专用预预浸纱由专用预 浸设备制造，能较严格地控制纱带的浸设备制造，能较严格地控制纱带的 含胶量和尺寸含胶量和尺寸)；缠绕速度快；缠绕速度快(100 200m/min); 缠绕设备清洁，劳动卫缠绕设备清洁，劳动卫 生条件好；预浸设备投资大。生条件好；预浸设备投资大。 第七章 缠绕成型工艺 4 7.1.1.2 湿法缠绕湿法缠绕 将无捻粗纱将无捻粗纱(或布带或布带)经浸胶后直接缠绕到芯经浸胶后直接缠绕到芯 模上的成型工艺过程。模上的成型工艺过程。 特点：特点： 不需要预浸渍设备，设备投资少；对不需要预浸

4、渍设备，设备投资少；对 材料要求不严，便于选材；材料要求不严，便于选材；纱片质量不易纱片质量不易 控制和检验；张力不易控制；胶液中存在控制和检验；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、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。张力辊等要经常维护刷洗。 第七章 缠绕成型工艺 5 7.1.1.3 半干法缠绕半干法缠绕 将无捻粗纱将无捻粗纱(或布带或布带)浸胶后，随即预烘干，浸胶后，随即预烘干， 然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。 特点：特点： 与湿法相比，增加了烘干工序，除与湿法相比，增加了烘干工序，除 去了溶剂。与干法相比

5、，无需整套的预去了溶剂。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。可在室温下进行。提高了制品质量。 第七章 缠绕成型工艺 6 7.1.2 纤维缠绕制品的优点纤维缠绕制品的优点 原因：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，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；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

6、。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可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构 () 增强材料纤维含量高达增强材料纤维含量高达80% 第七章 缠绕成型工艺 7 所用增强材料大多是无捻粗纱等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连续纤维，减少了纺织和其它加 工费用，材料成本低。工费用，材料成本低。 制品质量高而稳定，可实现机制品质量高而稳定，可实现机 械化、自动化操作，生产效率械化、自动化操作，生产效率 高，便于大批量生产。高，便于大批

7、量生产。 第七章 缠绕成型工艺 8 7.1.3 原材料原材料 主要有纤维增强材料与树脂基体两大类主要有纤维增强材料与树脂基体两大类 选择原则选择原则 缠绕制品的使缠绕制品的使 用性能要求用性能要求 工艺性要求工艺性要求 经济性要求经济性要求 产品的各项设计性能指标产品的各项设计性能指标 第七章 缠绕成型工艺 9 （1）增强材料）增强材料 主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维、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。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航空和航天制品多选

8、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；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；满足制品的性能要求； (3) 纤维都必须进行表面处理；纤维都必须进行表面处理； (4) 与树脂浸渍性好，浸透速度快；与树脂浸渍性好，浸透速度快； (5) 各股纤维张力均匀；各股纤维张力均匀； (6) 成带性好，不起毛，不断头。成带性好，不起毛，不断头。 选用要求：选用要求： 改善与树脂基体的改善与树脂基体的 浸润性和粘附性浸润性和粘附性 第七章 缠绕成型工艺 10 （2 2）树脂体系）树脂体系 树脂及各种助剂、填料等树脂及各种助剂、填料等 常用：常用： 不

9、饱和聚酯树脂，环氧树脂不饱和聚酯树脂，环氧树脂(双酚双酚A型型)、 酚醛环氧树脂酚醛环氧树脂(环氧改性酚醛树脂环氧改性酚醛树脂)。 第七章 缠绕成型工艺 11 7.1.4 缠绕制品的应用缠绕制品的应用 军工方面：军工方面： 航空、航天、导弹（发动机壳体、航空、航天、导弹（发动机壳体、 高压容器、导弹发射筒等）。高压容器、导弹发射筒等）。 发动机壳体发动机壳体 大型运载火箭的燃料箱大型运载火箭的燃料箱 第七章 缠绕成型工艺 12 缠绕复合材料压力容器在航空、航天、造船等领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域获得广泛应用。碳纤维和芳纶纤维缠绕

10、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。和氦气，形状多为环形、球形和扁椭球形。 球形球形椭球形椭球形 第七章 缠绕成型工艺 13 民用方面：民用方面： 化工、石油、环保、建筑等领化工、石油、环保、建筑等领 域的管道、贮罐、压力容器等。域的管道、贮罐、压力容器等。 复合材料弯管制品复合材料弯管制品 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，所负担供应的能量三分

11、之一，所负担供应的能量 (包括石油、天然包括石油、天然 气、煤、电气、煤、电) 占全国需用量的一半以上。我国工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。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 立式贮罐立式贮罐 第七章 缠绕成型工艺 15 小型压力容器在个人生命保障系统获得成功应用：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。于携带、高疲劳寿命和高可靠性的综合特性。 压力容器压力容器 车用压缩天然气气瓶车用压缩天然气气瓶

12、供养瓶供养瓶 第七章 缠绕成型工艺 16 电气工程中应用电气工程中应用 纤维缠绕技术制造输配电电纤维缠绕技术制造输配电电 线杆、天线杆及工程车臂杆线杆、天线杆及工程车臂杆 纤维缠绕车用飞轮转子纤维缠绕车用飞轮转子纤维缠绕天线杆纤维缠绕天线杆 第七章 缠绕成型工艺 17 7.1.5 缠绕工艺的现状及发展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。平，提高生产效率；降低生产成本。 作业：作业：1、干法缠绕、湿法缠绕的特

13、点分别是什么？、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？、缠绕制品比强度高的原因是什么？ 第七章 缠绕成型工艺 18 7.2 芯模芯模 外形同制品内腔形状尺寸一致外形同制品内腔形状尺寸一致 (1)足够的强度和刚度。制造过程中要求芯模能够保证足够的强度和刚度。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。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。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。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

14、，而不影响制品完成后，要求芯模能顺利清除干净，而不影响 制品质量。制品质量。 第七章 缠绕成型工艺 19 7.2.1 芯模材料芯模材料 7.2.1.1 常用材料常用材料 主要是钢材、木材、塑料、铝、石膏、水泥、低熔点主要是钢材、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。入热水搅拌溶解或用蒸汽熔化。 第七章 缠绕成型工艺 20 7.2.1.2 芯模材料对制品的影响芯模材料对制品的影响 膨胀系数影响产品尺寸精度；膨胀系数影响产品尺寸精度；

15、 弹性模量影响产品力学性能及尺寸精度；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；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。芯模中水份影响产品固化，甚至引起分层开裂。 石膏芯模同金属材料相比优缺点：石膏芯模同金属材料相比优缺点： 优点：优点： 缺点：缺点： 强度低，导热系数差。特别是在高强度低，导热系数差。特别是在高 温下强度降低并放出水分。温下强度降低并放出水分。 价格低廉；成型工艺简单，容价格低廉；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；进行机械加工的大型制品更为适宜； 脱模

16、容易。脱模容易。 第七章 缠绕成型工艺 21 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 (1) 选定芯模材料应根据制品的生产批量、尺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；寸形状及性能要求来确定； (2) 芯模材料不为树脂腐蚀，不能影响树脂系芯模材料不为树脂腐蚀，不能影响树脂系 统固化；统固化； (3) 多孔性材料有吸湿性，使用前必须烘干；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，芯模材料的成为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成 分亦应均匀。分亦应均匀。 第七章 缠绕成型工艺 22 7.2.2 芯模的结构形式芯模的结构形

17、式 7.2.2.1 实心或空心整体式芯模实心或空心整体式芯模 采用易敲碎的材料采用易敲碎的材料; 可溶或易熔盐类；可溶或易熔盐类； 低熔点金属；低熔点金属； 由可溶或易熔粘结剂粘起来的集合体。由可溶或易熔粘结剂粘起来的集合体。 将其熔化用铸造法将其熔化用铸造法 浇铸成壳体，脱模浇铸成壳体，脱模 时加入热水溶解。时加入热水溶解。 加热熔化铸造成加热熔化铸造成 空心壳体，脱模空心壳体，脱模 时采用蒸汽熔化时采用蒸汽熔化 第七章 缠绕成型工艺 23 7.2.2.2 组合式芯模组合式芯模 分瓣式分瓣式 采用弓形铝合金片采用弓形铝合金片 构成回转体，外表构成回转体，外表 面涂刮一层石膏层面涂刮一层石膏层

18、 采用石膏隔板支撑采用石膏隔板支撑 金属细管，捆扎后金属细管，捆扎后 外表刮石膏，封头外表刮石膏，封头 亦用石膏制作亦用石膏制作 用金属管捆扎用金属管捆扎 成芯模，外表成芯模，外表 层刮石膏层刮石膏 全部采用金属全部采用金属 构件装配，外构件装配，外 表层刮石膏表层刮石膏 隔板式隔板式 捆扎式捆扎式 框架装配式框架装配式 第七章 缠绕成型工艺 24 7.2.2.4 管道芯模管道芯模 整体式芯模整体式芯模 开缩式芯模开缩式芯模 整体式芯模整体式芯模 用于直径小于用于直径小于800mm的管子生产的管子生产 开缩式芯模开缩式芯模 用于直径大于用于直径大于800mm的管子生产的管子生产 整体式芯模的要

19、求：整体式芯模的要求： 1、具有经抛光的高精度表面、具有经抛光的高精度表面 2、具有锥度，不小于、具有锥度，不小于1/1000(便于脱模便于脱模) 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。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 7.2.3 芯模设计芯模设计 (1) 能够承受缠绕过程的工作荷载、能够承受缠绕过

20、程的工作荷载、 自重及加工时的机械荷载；自重及加工时的机械荷载； (2) 具有具有定刚度，在使用期间保持定刚度，在使用期间保持 合乎要求的尺寸；合乎要求的尺寸； (3) 能经受固化温度的作用；能经受固化温度的作用； (4) 易于脱模。易于脱模。 第七章 缠绕成型工艺 26 (1) 芯模材料及结构型式的选定；芯模材料及结构型式的选定； (2) 脱模方法及程序的制定脱模方法及程序的制定(大型组装大型组装 式芯模式芯模)； (3) 总体结构与芯模零部件设计，包总体结构与芯模零部件设计，包 括刚度、强度设计计算；括刚度、强度设计计算； (4) 芯模制造的技术经济指标分析。芯模制造的技术经济指标分析。

21、7.2.3.3 芯模强度、刚度计算芯模强度、刚度计算 第七章 缠绕成型工艺 27 学习内容学习内容 7.3.1 概述概述 7.3.2 螺旋缠绕线型螺旋缠绕线型 7.3.3 转速比转速比 第七章 缠绕成型工艺 28 7.3.1 概述概述 1. 缠绕规律的内容缠绕规律的内容 2. 缠绕线型分类缠绕线型分类 描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯 模表面，以及模表面，以及芯模芯模与与导丝头导丝头间运动关系间运动关系 的规律。的规律。 第七章 缠绕成型工艺 29 2. 缠绕线型分类缠绕线型分类 环向缠绕环向缠绕 纵向缠绕纵向缠绕 螺旋缠绕螺旋缠绕 芯模绕自轴匀速转动，导丝

22、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，导丝头近运动。芯模自转一周，导丝头近 似移动一个纱片宽度的缠绕。似移动一个纱片宽度的缠绕。 (只能缠绕直筒段只能缠绕直筒段) 环向缠绕环向缠绕 缠绕角通常缠绕角通常 为为85-90 封头封头 纱带纱带筒身筒身 b b 第七章 缠绕成型工艺 30 WDctg bWsin = Dctgsin Dcos 环向缠绕参数关系图 D D b b W W D W W 第七章 缠绕成型工艺 31 (2) 螺旋缠绕螺旋缠绕 芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特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

23、运动。定速度沿芯模轴线方向往复运动。 可以缠绕圆筒段，也可以缠绕圆筒段，也 可缠绕端头可缠绕端头(封头封头)。 纤维缠绕轨迹：纤维缠绕轨迹： 由圆筒上的螺旋线和由圆筒上的螺旋线和 封头上与极孔相切的封头上与极孔相切的 空间曲线组成。空间曲线组成。 螺旋缠绕螺旋缠绕 第七章 缠绕成型工艺 32 （3）纵向缠绕）纵向缠绕 （又称平面缠绕）（又称平面缠绕） 导丝头在固定平面内导丝头在固定平面内 做匀速圆周运动，芯模绕做匀速圆周运动，芯模绕 自轴慢速旋转，导丝头转自轴慢速旋转，导丝头转 一周，芯模转动微小角度，一周，芯模转动微小角度， 反映在芯模表面上近似一反映在芯模表面上近似一 个纱片宽度。个纱片宽

24、度。 平面缠绕 纱片与芯模轴线间成纱片与芯模轴线间成0 25交角，交角， 纤维轨迹是一条单圆平面封闭曲线。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 纵向（平面）缠绕、缠绕角的正切值：纵向（平面）缠绕、缠绕角的正切值： 21 21 eeclll rr tg 平面缠绕参数关系图 纱片与芯纱片与芯 模的交角模的交角 r1、r2两封头极孔半径；两封头极孔半径； lc筒身段长度；筒身段长度； le1、le2两封头高度。两封头高度。 lc le1 e1 le2 e2 2r1 2r2 b a D s D lc b 第七章 缠绕成型工艺 34 纵向（平面）缠绕的速比：纵向（平面）缠绕的速比

25、： 单位时间内，芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比单位时间内，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。或绕丝头转一圈时导丝头绕芯模旋转的圈数。 cosD b i 纱片宽度纱片宽度 缠绕角缠绕角 第七章 缠绕成型工艺 35 平面缠绕 证明证明 ： 因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一 层。设此时导丝头转了层。设此时导丝头转了n圈，由速比定义有：圈，由速比定义有： 在芯模筒段，纱片的有效宽度在芯模筒段，纱片的有效宽度 cos b b n i 1 D b b lc le1 e1 le2 e2 2r1 2r2 b

26、a 第七章 缠绕成型工艺 36 缠满整个筒体的必要条件：缠满整个筒体的必要条件： cos b nbnD = cosi b 则：则： cosD b i D b b 作业：作业：1、什么是螺旋缠绕？、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。、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 7.3.2 螺旋缠绕线型螺旋缠绕线型 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）一个完整循环的概念）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螺旋缠绕时，由导丝头引入的纤维自芯模上 某点开始某点开始(空间点空间点)，导丝头经

27、过若干次往返运动，导丝头经过若干次往返运动 后，又缠回到原来的起始点上后，又缠回到原来的起始点上(空间点空间点)。这样在。这样在 芯模上所完成的一次芯模上所完成的一次(不重复不重复)布线称为布线称为“标准标准 线线”。完成一个标准线缠绕称为一个完整循环。完成一个标准线缠绕称为一个完整循环。 “标准线标准线”是反映缠绕规律的基本线型。是反映缠绕规律的基本线型。 连续纤维缠绕连续纤维缠绕 在芯模表面上在芯模表面上 的排布型式的排布型式 第七章 缠绕成型工艺 38 机器缠绕芯模数个机器缠绕芯模数个 来回后的纤维分布来回后的纤维分布 弯管芯模，灰色为圆弯管芯模，灰色为圆 环面，绿色为柱面环面，绿色为柱

28、面 第七章 缠绕成型工艺 39 复合材料弯管成复合材料弯管成 品品 导丝头缠绕芯模一导丝头缠绕芯模一 层后的纤维分布层后的纤维分布 第七章 缠绕成型工艺 40 （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、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 在极孔圆周上按时间顺序相继出现的两个切点称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。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：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，两切点紧密排布，中间不能再加入其他切点，

29、称为两切点称为两切点“位置相邻位置相邻”。 2) 两切点之间还可以加入其他切点，称两切点位两切点之间还可以加入其他切点，称两切点位 置不相邻。置不相邻。 第七章 缠绕成型工艺 41 b、单切点与多切点的概念、单切点与多切点的概念 多切点缠绕多切点缠绕单切点缠绕单切点缠绕 完成一个完整循环缠完成一个完整循环缠 绕，极孔圆周上只有绕，极孔圆周上只有 一个切点的情况。一个切点的情况。 完成一个完整循环完成一个完整循环 缠绕，极孔圆周上缠绕，极孔圆周上 有多个切点的情况有多个切点的情况 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：完成一个完整的循环缠绕有两种情况： 1) 时序相邻的两

30、切点位置也相邻。即在出现与初始切点位置相邻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。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。形称为多切点线型。 在极孔上的切点线型排布在极孔上的切点线型排布 单切点与双切点排布图 1 23 3 1 2 4 单切点线型单切点线型 双切

31、点线型双切点线型 纤维从切点纤维从切点1绕到绕到 与它时序相邻的切与它时序相邻的切 点点2时，芯模转过时，芯模转过 中心角为中心角为360o/2 第七章 缠绕成型工艺 43 多切点的排布图 n=3 n=4 n=5 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 4 2 5 3 1 3 5 2 4 1 5 4 3 2 第七章 缠绕成型工艺 44 c、一个完整循环的、一个完整循环的n个切点必将等分极孔圆周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。由于芯模匀速转动，丝嘴每往返一次的时间又相同。 因此，一个完整循环的因此，一个完整循环的n点切

32、点必将等分极孔圆周。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）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。、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、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。段错开的距离等于一个纱片宽度。 第七章 缠绕成型工艺 45 7.3.2.2 纤维缠绕芯模转角纤维缠绕芯模转角(即缠绕中心角即缠绕中心角)与线型的关系与线型的关系 设完成一个设完成一个n切点的完整循环缠绕，芯模转角切点的完整循环缠绕，芯模转角 为为，导丝头每往返一次芯模转角为，导丝头每往返一次芯模转角

33、为n，则：，则： n/n n的推导：的推导： 单切点：单切点： 1=(1+N)360 （N=0， 1，2，） 其中其中是使位置相邻的两切点对应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。的纱片在筒身段错开一个纱片的距离。 1 23 当从切点当从切点1绕到切点绕到切点2或从切点或从切点2绕到绕到 切点切点3时，芯模转过中心角将是时，芯模转过中心角将是360 土土，或者再加上，或者再加上360 的整数倍。的整数倍。 第七章 缠绕成型工艺 46 两切点：两切点：一个完整循环导丝头往返一个完整循环导丝头往返2次次 才错过一个才错过一个，导丝头往返一次时应错，导丝头往返一次时应错 开开/

34、2。 3 1 2 4 2=(1+N)360/2 =(1/2+N) 360/2 第七章 缠绕成型工艺 47 三切点：三切点： n个切点：个切点： 3=(1+N)360/3 =(1/3+N) 360/3 n=(1+N)360/n =(1/n+N) 360/n n=3 1 2 3 1 2 3 则对于则对于n有：有：n（K/n +N）360/n K值需要使值需要使K/n为最简真分数。为最简真分数。 但是，但是，n3时各切点的排序与时间顺序不一定一致，例如时各切点的排序与时间顺序不一定一致，例如3 有有2个值：个值： 3-1=（1/3+N）360/3 3-2=（2/3+N）360/3 5有有4个值：个值

35、： 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）360/5 第七章 缠绕成型工艺 48 在一个完整循环中，切点数不同，纤维缠绕的线在一个完整循环中，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。线型也不相同，导丝头往返一次的芯模转角也不同。 1 n=3 n=4 n=5 1 2 3 1 2 3 1 2 3

36、4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 4 2 5 3 3 5 2 4 1 5 4 3 2 导丝头往返一次的导丝头往返一次的 转数可作为缠绕线转数可作为缠绕线 型的型的“代号代号”。 第七章 缠绕成型工艺 49 “线型线型”以导丝头往返一次芯模旋转的转数来表示以导丝头往返一次芯模旋转的转数来表示: S0 n /360 M=K + nN S0-表示线型；表示线型；M一个完整循环芯模转数；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。切点数，也是一个完整循环导丝头往返次数。 不考虑芯模不考虑芯模 转角微调量转角微调量 n(K/n +N)360/n S0 K/n + NM/n

37、 第七章 缠绕成型工艺 50 连续纤维缠绕连续纤维缠绕 在芯模表面上在芯模表面上 的排布型式的排布型式 7.3.3 螺旋缠绕的转速比螺旋缠绕的转速比 00S n M i 单位时间内，单位时间内，芯模转数芯模转数与与导丝头往返次数导丝头往返次数之比，完之比，完 成一个完整循环，芯模转数与导丝头往返次数之比。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的芯模转数 一个完整循环中导丝头往返数一个完整循环中导丝头往返数 不同的线型严格对应不同的线型严格对应 着不同的转速比着不同的转速比 定义线型在数值定义线型在数值 上等于转速比上等于转速比 第七章 缠绕成型工艺

38、51 考虑到速比微调部分考虑到速比微调部分(即纱片宽度对应角度即纱片宽度对应角度)的影响，的影响， 实际转速比实际转速比： 360360n i n n=(K/n+N)360/n 360 )( n N n K i 第七章 缠绕成型工艺 52 7.4 缠绕工艺设计缠绕工艺设计 缠绕工艺设计包含内容：缠绕工艺设计包含内容： (1) 根据产品使用和设计要求、技术质量指标，进行结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；构造型、缠绕线型和芯模设计； (2) 选择原材料；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根据产品强度要求、原材料性能及缠绕线型

39、进行缠 绕层数计算；绕层数计算； (4) 根据选定的原材料和工艺方法，确定工艺流程及工根据选定的原材料和工艺方法，确定工艺流程及工 艺参数；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根据缠绕线型选定缠绕设备，或为缠绕设备设计提 供参数。供参数。 第七章 缠绕成型工艺 53 7.4.2 缠绕类型的选择缠绕类型的选择 缠绕类型选择考虑因素缠绕类型选择考虑因素 制品的结构形制品的结构形 状和几何尺寸状和几何尺寸 强度要求强度要求 载荷特性载荷特性 缠绕设备缠绕设备 第七章 缠绕成型工艺 54 (1) 制品的结构形状和几何尺寸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、

40、长径比小于平面缠绕适合于球形、扁椭球形、长径比小于4的的 筒形制品。也适用于两封头不等极孔容器的缠绕。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。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，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 纤维在筒身上交叉程度相当纤维在筒身上交叉程度相当 大，从强度观点看是不利的。大，从强度观点看是不利的。 螺旋缠绕螺旋缠绕 因为交叉点处的纤维在承载状态下有被拉因为交叉点处的纤维在承载状态下有被拉

41、 直的趋势，纤维交叉程度大就容易产生分层和直的趋势，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。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。可望获得高强度，并因而减轻制品质量。 平面缠绕平面缠绕 (2) 强度要求强度要求 第七章 缠绕成型工艺 56 (3) 载荷特性载荷特性 当制品受到内压以外的荷载，设计灵

42、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。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平面和环向组合缠绕 螺旋缠绕螺旋缠绕 在设计和工艺上对于内压以外在设计和工艺上对于内压以外 荷载的适应性较差。荷载的适应性较差。 (4) 缠绕设备缠绕设备 第七章 缠绕成型工艺 57 7.4.3 螺旋缠绕线型参数选择螺旋缠绕线型参数选择 纱片与芯模轴线的交角纱片与芯模轴线的交角 第七章 缠绕成型工艺 58 湿法缠绕，实际缠绕角应控制在湿法缠绕，实际缠绕角应控制在 与测地线缠绕角与测地线缠绕角

43、( )偏偏 离离810以内。以内。 R ro arcsin0 选定线型的缠绕角应等选定线型的缠绕角应等 于或接近测地线缠绕角于或接近测地线缠绕角 不滑线的稳定要求不滑线的稳定要求 封头的等强度要求封头的等强度要求 曲面上两点之间的短程线，曲面上两点之间的短程线， 是在一个曲面上，每一点处是在一个曲面上，每一点处 测地曲率均为零的曲线。测地曲率均为零的曲线。 第七章 缠绕成型工艺 59 选少切点线型。切点选少切点线型。切点 数越多，纤维交叉次数越多，纤维交叉次 数越多，使极孔附近数越多，使极孔附近 区域的纤维堆积架空区域的纤维堆积架空 现象严重，导致应力现象严重，导致应力 集中，影响纤维强度集中

44、，影响纤维强度 的发挥。的发挥。 极孔包络圆应逐渐扩大，使极孔包络圆应逐渐扩大，使 纤维在极孔周围排布均匀，纤维在极孔周围排布均匀， 减轻纤维在极孔附近的堆积。减轻纤维在极孔附近的堆积。 减弱应力集中程度，减弱应力集中程度， 不致使封头外形曲线不致使封头外形曲线 发生过大变化，有利发生过大变化，有利 纤维强度的发挥。纤维强度的发挥。 第七章 缠绕成型工艺 60 螺旋缠绕与环向螺旋缠绕与环向 缠绕应交替进行缠绕应交替进行 对于小车环链式缠绕机，缠对于小车环链式缠绕机，缠 绕角不宜选太小。否则，将绕角不宜选太小。否则，将 使链条长度增大，设备笨重。使链条长度增大，设备笨重。 同时超越长度也增大，使

45、缠同时超越长度也增大，使缠 绕张力难以控制。绕张力难以控制。 第七章 缠绕成型工艺 61 7.4.4 缠绕工艺参数缠绕工艺参数 缠绕工艺过程：缠绕工艺过程： 芯模或内衬制造、胶液配制、芯模或内衬制造、胶液配制、 纤维烘干和热处理、浸胶、胶纱烘纤维烘干和热处理、浸胶、胶纱烘 干、缠绕、固化、检测等。干、缠绕、固化、检测等。 石蜡浸润剂型纤维，石蜡浸润剂型纤维， 350， 57h （除去纤维表面蜡类物质）。（除去纤维表面蜡类物质）。 纤维热处理：纤维热处理： 增强型浸润剂无捻纱，增强型浸润剂无捻纱，6080，24h； 第七章 缠绕成型工艺 62 热处理条件与残油量的关系热处理条件与残油量的关系 热

46、处理条件与强力的关系热处理条件与强力的关系 第七章 缠绕成型工艺 63 浸胶与胶液含量浸胶与胶液含量 影响制品质量和厚度影响制品质量和厚度；影响制品的强度影响制品的强度： 含胶量过高，制品复合强度降低，含胶含胶量过高，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、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。在某些区域引起破坏。 第七章 缠绕成型工艺 64 沉浸式浸胶沉浸式浸胶 表面带胶式浸胶表面带胶式浸胶 浸胶方式：浸胶方式：

47、通过挤胶辊压力通过挤胶辊压力 来控制含胶量来控制含胶量 通过控制刮刀与胶通过控制刮刀与胶 辊距离，以改变胶辊距离，以改变胶 辊表面胶层厚度，辊表面胶层厚度， 从而控制含胶量。从而控制含胶量。 胶槽胶槽 纤维纤维 挤胶辊挤胶辊 胶槽胶槽 纤维纤维 刮刀刮刀 胶辊胶辊 浸胶槽应装备恒温水浴，浸胶槽应装备恒温水浴， 以控制胶液温度以控制胶液温度( (粘度粘度) )。 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 第七章 缠绕成型工艺 65 缠绕张力的影响：缠绕张力的影响： 纤维缠绕过程中纤维缠绕过程中 所受的张紧力所受的张紧力 第七章 缠绕成型工艺 66 张

48、力过小，制品强度张力过小，制品强度 偏低，容器充压时变形大，偏低，容器充压时变形大， 疲劳性能差；张力过大纤疲劳性能差；张力过大纤 维磨损大，使纤维强度损维磨损大，使纤维强度损 失，制品强度下降。张力失，制品强度下降。张力 大小应适中、均匀。大小应适中、均匀。 采用低捻度、张力均匀的采用低捻度、张力均匀的 纤维，并应尽量保持纱片纤维，并应尽量保持纱片 内各束纤维是平行的内各束纤维是平行的 剪切强度与张力的关系剪切强度与张力的关系 第七章 缠绕成型工艺 67 缠绕在曲面上的纤维，其缠绕张缠绕在曲面上的纤维，其缠绕张 力产生的垂直于芯模表面的法向力。力产生的垂直于芯模表面的法向力。 接触成接触成

49、型压力型压力 42 0 10sin r T N T0缠绕张力，N/cm；r芯模半径，cm； 缠绕角 使制品致密使制品致密 4 8 12 16 80 70 60 50 N (0.1MPa) H0 (%) 体积密度与成型压力关系 第七章 缠绕成型工艺 68 湿法缠绕中，由于缠绕张力的径向分量湿法缠绕中，由于缠绕张力的径向分量法法 向压力的作用，胶液将由内层被挤向外层，出现向压力的作用，胶液将由内层被挤向外层，出现 胶液含量沿壁厚不均匀胶液含量沿壁厚不均匀内低外高现象。采用分内低外高现象。采用分 层固化或预浸材料可减轻或避免这种现象。层固化或预浸材料可减轻或避免这种现象。 单纱张力(g) 含胶量(%) 05 510 1520 2530 33.88 30.38 26.20 24.05 缠绕张力对含胶量影响缠绕张力对含胶量影响 随着缠绕张力增随着缠绕张力增 大，含胶量降低。大，含胶量降低。 第七章 缠绕成型工艺 69 胶纱烘干：胶纱烘干： 烘干温度不宜过高或过低。温度过烘干温度不宜过高或过低。温度过 高，溶剂来不及除去，树脂就已凝胶，高，溶剂来不及除去，树脂就已凝胶， 达不到烘