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碳纖維纏繞工藝的三種類型

2021/7/13

在樹脂基復(fù)合材料成型工藝中,纏繞工藝方法占有重要地位。這種方法可通過(guò)材料力學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)充分發(fā)揮纖維拉伸強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于承受內(nèi)外壓、軸向、彎曲、扭轉(zhuǎn)、載荷等情況下的各種壓力容器等產(chǎn)品的加工制造。


纖維纏繞成型工藝的主要特點(diǎn)有:纏繞制品呈各向異性,有明顯的強(qiáng)度的方向性,在層與層之間僅有很低的剪切強(qiáng)度;纏繞制品的局限性主要體現(xiàn)在幾何形狀上,通常情況下,纏繞成型僅適用于制造圓柱體、錐體、球體、橢圓體、某些曲率值為正的回轉(zhuǎn)體制品及在一定條件下上述形體的組合體,對(duì)曲率值為負(fù)的回轉(zhuǎn)體制品以及絕大部分非回轉(zhuǎn)體很難進(jìn)行纏繞。



一、干法纏繞成型


干法纏繞是將經(jīng)過(guò)預(yù)浸膠處理的纖維紗線或帶直接纏繞在芯模表面上,或在纏繞機(jī)上將經(jīng)過(guò)加熱軟化至粘流態(tài)后的纖維纏繞到芯模表面上。由于預(yù)浸紗線或帶是通過(guò)專業(yè)生產(chǎn)的,可以保證嚴(yán)格控制樹脂的含量(可以精確至2%以內(nèi))和預(yù)浸紗量。因此,干法纏繞成型工藝可以精準(zhǔn)的控制制品的質(zhì)量,主要應(yīng)用于一些對(duì)纏繞制品性能要求較高的場(chǎng)合,如航空航天、軍事領(lǐng)域等。干法纏繞工藝最大的特點(diǎn)是纏繞設(shè)備清潔,加工環(huán)境衛(wèi)生良好,纏繞制品質(zhì)量穩(wěn)定,纏繞速度可達(dá)100m~200m/min,生產(chǎn)效率高。其缺點(diǎn)是纏繞設(shè)備復(fù)雜,價(jià)格昂貴,需要增加預(yù)浸紗制造設(shè)備,故成本較大,此外,干法纏繞得到的制品層與層之間剪切強(qiáng)度較低。


二、濕法纏繞成型


濕法纏繞是采用液態(tài)樹脂體系,將連續(xù)的纖維集束粗紗或玻璃布帶浸膠后,在張力控制器對(duì)纖維張力的控制下直接纏繞到芯?;蛘邇?nèi)襯表面上,最后經(jīng)過(guò)固化的成型方法。濕法纏繞所涉及的工藝設(shè)備比較簡(jiǎn)單,而且對(duì)原材料要求相對(duì)較低,便于選擇不同的材料。


濕法纏繞成型工藝的優(yōu)點(diǎn)為:1、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高(可高達(dá)200m/min),成本低;2、纏繞制品氣密性良好,纏繞過(guò)程中的纏繞張力通過(guò)多余的樹脂膠液將氣泡擠出,并填滿所有的空隙;3、濕法纏繞時(shí),纖維上的樹脂膠液對(duì)纖維的磨損起到一定的保護(hù)作用;4、纖維排列平行度好;


當(dāng)然,濕法纏繞也有自己的局限性,主要體現(xiàn)在:1、纏繞過(guò)程中樹脂膠液浪費(fèi)大,生產(chǎn)環(huán)境差;2、含膠量及纖維張力不易控制;3、可供濕法纏繞的樹脂膠液品種少。



三、半干法纏繞成型


半干法纏繞是指在浸膠碳纖維纏繞到芯模之前通過(guò)烘干設(shè)備將浸膠碳纖維紗線中的溶劑除去,提高制品質(zhì)量。與干法纏繞相比,省去了預(yù)浸膠工序,減少了設(shè)備,縮短了烘干所耗的時(shí)間。相對(duì)于濕法纏繞而言,只是增加了一套烘干設(shè)備,卻可以大幅降低制品中的氣泡含量以及孔隙。


碳纖維纏繞制品的種類繁多,而且其纏繞形式也千變?nèi)f化,但是對(duì)于每一件碳纖維纏繞制品而言,在其進(jìn)行纖維纏繞的過(guò)程中,纖維必須滿足有規(guī)律地纏繞,只有經(jīng)過(guò)這樣的纖維纏繞最終得到的纏繞碳纖維制品才會(huì)具有高性能。所以,碳纖維的纏繞規(guī)律對(duì)于高強(qiáng)度、高性能的碳纖維纏繞制品十分重要。


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