缠绕成型工艺PPT课件02

课 件7.1.1 纤维缠绕工艺的分类 第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7. 缠 绕 成 型 工 艺7.1 概 述7.1.1 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 。工 艺 流 程 图 ： P159 图 7-1 干 法 缠 绕 、 湿 法 缠 绕 。 7.1.1.1 干 法 缠 绕 将 预 浸 纱 带 （ 或 预 浸 布 ） ， 在 缠 绕 机 上 经 加 热 至 粘 流 状 态 并 缠 绕 到 芯 模 上 的 成 型 工 艺 过 程 。 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺 图 7-1 缠 绕 工 艺 流 程 图 7.1.1 纤维缠绕工艺的分类 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺干 法 缠 绕 特 点 ： 制 品 质 量 稳 定 （ 含 胶 量 、 尺 寸 等 ） ； 缠 绕 速 度 快 （ 100 200m/min） ; 劳 动卫 生 条 件 好 ； 预 浸 设 备 投 资 大 。 7.1.1.2 湿 法 缠 绕 将 无 捻 粗 纱 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 ； 便 于 选 材 ； 纱 片 质 量 及 张 力 需 严 格 控 制 ， 固 化 时 易产 生 气 泡 。 7.1.1.3 半 干 法 缠 绕 将 无 捻 粗 纱 浸 胶 后 ， 随 即 预 烘 干 ， 然 后 缠 绕 到 芯 模 上 的 成 型 工 艺 方 法 。 7.1.1 纤维缠绕工艺的分类 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.1.2 纤 维 缠 绕 制 品 的 优 点 （ 1） 比 强 度 高 （ 比 强 度 高 的 原 因 有 四 点 P160） ; （ 2） 生 产 成 本 低 （ 玻 璃 纤 维 用 量 可 达 80 ） ; （ 3） 生 产 效 率 高 （ 可 实 现 机 械 化 、 自 动 化 操 作 ） 。 7.1.3 原 材 料 主 要 有 纤 维 增 强 材 料 与 树 脂 两 大 类 。（ 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 。 7.1.2 纤维缠绕制品的优点 一 般 情 况 下 纤 维 需 进 行 表 面 处 理 。 玻 璃 纤 维 的 选 用 要 求 有 6条 ， P161 。 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺（ 2） 树 脂 体 系 包 括 树 脂 及 各 种 助 剂 、 填 料 等 。 常 用 的 有 ： 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 ） 。 选 用 要 求 ： 工 艺 性 好 ； 断 裂 延 伸 率 与 纤 维 匹 配 ； 固 化 收 缩 率 低 并 毒 性 小 ; 来 源 广 泛 ,价 格 低 。 7.1.4 缠 绕 制 品 的 应 用 范 围 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 ） 。 民 用 方 面 ： 化 工 、 石 油 、 环 保 、 建 筑 等 领 域 的 管 道 、 贮 罐 等 。 7.1.2 纤维缠绕制品的优点 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.1.3 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 。 7.2 芯 模 7.2.1 芯 模 材 料 7.2.1.1 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 ？7.1.3 缠绕工艺的现状及发展 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺芯 模 材 料 对 制 品 的 影 响 主 要 有 ： 膨 胀 系 数 对 产 品 尺 寸 的 影 响 ； 弹 性 模 量 对 产 品 尺 寸 精 度 的 影 响 ； 导 热 系 数 对 产 品 固 化 度 的 影 响 ； 芯 模 中 水 份 对 产 品 固 化 的 影 响 。 7.2.1.3 选 择 芯 模 材 料 应 注 意 的 问 题1 4 P163 主 要 是 钢 材 、 木 材 、 塑 料 、 铝 、 石 膏 、 水 泥 等 。 水 泥 、 石 膏 芯 模 材 料 的 性 能 见 表 7-1 。7.2.1.2 芯 模 材 料 对 制 品 的 影 响 石 膏 模 与 钢 模 的 比 较 见 表 7-2 。 7.2.1 芯模材料 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺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 或 可 溶 性 的 盐 类 。7.2.2.2 组 合 式 芯 模分 瓣 式 、 隔 板 式 、 捆 扎 式 、 框 架 装 配 式 ，图 7-2 7-3 7-4 7.2.2.3 石 膏 隔 板 组 合 式 芯 模 图 7-5 7.2.2 芯模的结构形式 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.2.2.4 管 道 芯 模 整 体 式 芯 模 开 缩 式 芯 模 图 7-6 7-7 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 。 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 )。7.2.3 芯 模 设 计 P165 169 自 学7.2.2 芯模的结构形式 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.3 缠 绕 规 律7.3.1 概 述 7.3.1.1 缠 绕 规 律 的 内 容 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 。 7.3.1.2 缠 绕 线 型 分 类 环 向 缠 绕 纵 向 缠 绕 螺 旋 缠 绕 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 。7.3 缠绕规律 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺（ 1） 环 向 缠 绕 芯 模 自 转 一 周 ， 导 丝 头 近 似 移 动 一 个 纱 片 宽 度 的 缠 绕 ， 称 环 向 缠 绕 。 （ 只 能 缠 绕 直 筒 段 ） 图 7-15 环 向 缠 绕7.3 缠绕规律 封 头 纱 带 筒 身b 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺纱 片 螺 距 ： W Dctg 纱 片 宽 ： b Dcos 则 ： b wsin 其 中 是 纱 片 与 芯 模 轴 线 的交 角 称 缠 绕 角 。 图 7-16 环 向 缠 绕 参 数 关 系 图7.3 缠绕规律 W D Db90 80 70 60 50 402.01.51.00.750.500.250 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺（ 2） 螺 旋 缠 绕 定 义 ： 芯 模 绕 自 轴 匀 速 转 动 ， 导 丝 头 以 特 定 速 度 沿 芯 模 轴 线 方 向 往 复 运 动 的 缠 绕 方 式 称 螺旋 缠 绕 。 此 缠 绕 方 式 不 仅 可 以 缠 绕 圆 筒段 ， 而 且 缠 绕 端 头 (封 头 )。 图 7-17。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 。 图 7-17 螺 旋 缠 绕7.3 缠绕规律 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺（ 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 的 微 小角 度 近 似 一 个 纱 片 宽 度 ， 这 种 缠绕 方 法 称 为 平 面 缠 绕 。 图 7-18 平 面 缠 绕7.3 缠绕规律 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺 平 面 缠 绕 、 缠 绕 角 的 正 切 值 为 ： 21 21 eec lll rrtg 图 7-19 平 面 缠 绕 参 数 关 系 图7.3 缠绕规律 lcle1 le22r 1 2r 2b a D s Dlc b 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺平 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 。 cosD bi 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 ： 在 芯 模 筒 段 ， 纱 片 的 有 效 宽 度 cosbb ni 17.3 缠绕规律 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺 缠 满 整 个 筒 体 的 必 要 条 件 是 ： cosbnbnD = cosi b则 ： cosD bi Dbb 7.3 缠绕规律 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺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 。 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 。 7.3.2 螺旋缠绕线型 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺（ 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 ， 则 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 此 两 切 点 位 置 不 相 邻 。 7.3.2 螺旋缠绕线型 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺b、 单 切 点 与 多 切 点 的 概 念 完 成 一 个 完 整 循 环 缠 绕 ， 极 孔 圆 周 上 只 有 一 个 切 点 的 情 况 称 单 切 点 缠 绕 。 完 成 一 个 完 整 循 环 缠 绕 ， 极 孔 圆 周 上 有 多 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 ： 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 。 7.3.2 螺旋缠绕线型 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺 在 极 孔 上 的 切 点 线 型 排 布 见 图 7-20， 7-21。 单 切 点 线 型 双 切 点 线 型图 7-20 单 切 点 与 双 切 点 排 布 图7.3.2 螺旋缠绕线型 123 3 12 4 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺 n=3 n=4 n=5图 7-21 多 切 点 的 排 布 图7.3.2 螺旋缠绕线型 1 23 12 3 1 234 12 3 4 1 2345 1 4253 1 3524 1 5432 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺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 。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 。7.3.2 螺旋缠绕线型 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺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 ， 导 丝 头 每 往 返 一 次 芯 模 转 角 为 n， 则 ： n /n n的 推 导 ： P173-174 单 切 点 ： 1=（ 1+N） 360 （ N=0， 1， 2， ） 其 中 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 。两 切 点 ： 一 个 完 整 循 环 导 丝 头 往 返 2次 才 错 过 一 个 ， 导 丝 头 往 返 一 次 时 应 错 开 /2。 则 有 ： 2=（ 1/2+N） 360 /2三 切 点 ： 3=（ 1/3+N） 360 /3 n个 切 点 ： n=（ 1/n+N） 360 /n 7.3.2 螺旋缠绕线型 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺 则 对 于 n有 ： n （ K/n +N） 360 /nK值 需 要 使 K/n为 最 简 真 分 数 。 但 是 ， n3时 各 切 点 的 排 序 与 时 间 顺 序 不 一 定 一 致 ， 如 图 7-21， 例 如 3有 2个 值 ： 3-1=（ 1/3+N） 360 /3 3-2=（ 2/3+N） 360 /3 5有 4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 /57.3.2 螺旋缠绕线型 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺“ 线 型 ” 以 导 丝 头 往 返 一 次 芯 模 旋 转 的 转 数 来 表 示 :S 0 n /360 K/n + N M/nM=K + nNS0-表 示 线 形 ； 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 。表 7-3 给 出 了 6切 点 以 内 的 S0所 对 应 的 n、 K、 N、 n值 。 由 上 述 分 析 可 知 ： 在 一 个 完 整 循 环 中 ， 切 点 数 不 同 ， 纤 维 缠 绕 的 线 型 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 ； 切 点 数 相 同 ， 而 切 点 排 布 顺 序 也 相 同 ， 导 丝 头 往 返 一 次 芯 模 旋 转 的 N值不 同 ， 线 型 也 不 相 同 。 例 ： n 8 K/n 1/8， 3/8， 5/8， 7/87.3.2 螺旋缠绕线型 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.3.3 螺 旋 缠 绕 的 转 速 比 00 SnMi 芯 模 转 数 与 导 丝 头 往 返 次 数 之 比 。 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 ： 360)(360 nNnKi n 芯 模 转 角 微 小 增 量 的 计 算 ： Db 360cos b-纱 片 宽 度 ； -缠 绕 角 。7.3.3 转速比 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.3.4 线 型 设 计7.4 缠 绕 工 艺 设 计7.4.1 内 压 容 器 的 结 构 选 型 P1801827.4.2 缠 绕 类 型 的 选 择 平 面 缠 绕 适 合 于 球 形 ， 扁 球 形 制 品 。 长 形 管 状 制 品 一 般 采 用 螺 旋 缠 绕 。 缠 绕 内 压 容 器 时 ， 极 少 采 用 纯 螺 旋 缠 绕 ， 多 采 用 螺 旋 缠 绕 与 环 向 缠 绕 的 组 合 缠 绕 。 原 因 ： （ 1） 几 何 条 件 的 限 制 ， 即 封 头 测 地 线 要 求 ， 难 以 完 全 实 现 。（ 2） 纯 螺 旋 缠 绕 纤 维 交 叉 程 度 大 ， 易 产 生 分 层 。 7.4 缠绕工艺设计 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.4.3 螺 旋 缠 绕 线 型 参 数 选 择 (1)实 际 缠 绕 角 应 控 制 在 测 地 线 缠 绕 角 （ Rroarcsin0 偏 离 8 10 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 。7.4 缠绕工艺设计 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺7.4.4 工 艺 参 数纤 维 热 处 理 ： 增 强 型 浸 润 剂 无 捻 纱 ， 60 80 ， 24h； 石 蜡 浸 润 剂 型 纤 维 ， 350 ， 5 7h （ 除 去 纤 维 表 面 蜡 类 物 质 ） 。 浸 胶 方 式 ： 两 种 P185， 图 33， 34 胶 含 量 控 制 ： 20 左 右胶 液 粘 度 ： 1.0 Pa.S 缠 绕 张 力 的 影 响 ： P185 187 张 力 过 小 ， 制 品 强 度 偏 低 ， 容 器 充 压 时 变 形 大 ， 疲 劳 性 能 差 ； 张 力 过 大 纤 维 磨 损 大 ， 使 纤 维 强度 损 失 制 品 强 度 下 降 。 张 力 大 小 应 适 中 、 均 匀 。7.4 缠绕工艺设计 课 件第 七 章 缠 绕 成 型 工 艺缠 绕 速 度 ： （ 对 湿 法 缠 绕 ） 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 7-33 沉 浸 式 浸 胶 图 7-34 表 面 带 胶 式 浸 胶7.4 缠绕工艺设计 胶 槽 纤 维挤 胶 辊 胶 槽纤 维刮 刀胶 辊