不饱和聚酯树脂.pptx

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1、 课件7.1.1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类第七章 缠绕成型工艺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：将将浸浸过过树树脂脂胶胶液液的的连连续续纤纤维维或或布布带带，按按照照一一定定规规律律缠缠绕绕到到芯芯模模上上，然然后后固固化化脱脱模模成成为为复复合合材材料料制制品品的的工工艺艺过程。过程。决定产品形状的模具决定产品形状的模具第1页/共92页 课件7.1.1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类第七章 缠绕成型工艺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纤维缠绕机基本纤维缠绕机第2页/共92页 课件第

2、七章 缠绕成型工艺缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图7.1.1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类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3页/共92页 课件7.1.1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类第七章 缠绕成型工艺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)，在缠绕机上经加热，在缠绕机

3、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。软化至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。制品质量稳定制品质量稳定(预浸纱由专用预浸设备制造，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能较严格地控制纱带的含胶量和尺寸)；缠绕速度；缠绕速度快快(100200m/min);缠绕设备清洁，劳动卫生缠绕设备清洁，劳动卫生条件好；预浸设备投资大。条件好；预浸设备投资大。第4页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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模上的成型工艺经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。过程。特点：特点：不需要预浸渍

4、设备，设备投资少；对材料要求不严，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。等要经常维护刷洗。7.1.1 纤纤维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类第5页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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，然后缠绕到芯模浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。上的成型工艺方法。7.1.1 纤纤

5、维维缠缠绕绕工工艺艺的的分分类类特点：特点：与湿法相比，增加了烘干工序，除去了溶剂。与与湿法相比，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，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。使缠绕过程可在室温下进行。提高了制品质量。第6页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.2 纤维缠绕制品的优点纤维缠绕制品的优点 7.1.2 纤纤维维缠缠绕绕制制品品的的优优点点原因：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，缺陷率越高。缠绕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

6、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。经过纺织工序，强度损失大大减少。(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7页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺所用增强材料大多是无捻粗纱等连续纤维，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工费用，材料成本低。减少了纺织

7、和其它加工费用，材料成本低。制品质量高而稳定，可实现机械化、自制品质量高而稳定，可实现机械化、自动化操作，生产效率高，便于大批量生动化操作，生产效率高，便于大批量生产。产。7.1.2 纤纤维维缠缠绕绕制制品品的的优优点点第8页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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7.1.3 原原材材料料缠绕制品的使用性缠绕制品的使用性能要求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9页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺（1）增强材料）增强材料 主主要要是

8、是中中碱碱、无无碱碱粗粗纱纱。另另外外有有玻玻璃璃布布带带、碳碳纤纤维维、芳芳纶纶纤纤维维等等。应应根根据不同产品对性能的要求进行选用。据不同产品对性能的要求进行选用。7.1.3 原原材材料料(1)航航空空和和航航天天制制品品多多选选用用性性能能优优异异价价格格昂昂贵贵的的碳碳纤纤维维和和芳芳纶纶纤纤维维，民民用产品多选用连续玻璃纤维；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。

9、成带性好，不起毛，不断头。选用要求：选用要求：改善与树脂基体的浸润性改善与树脂基体的浸润性和粘附性和粘附性第10页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺（2）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：不不饱饱和和聚聚酯酯树树脂脂，环环氧氧树树脂脂(双双酚酚A型型)、酚酚醛醛环环氧氧树树脂脂(环氧改性酚醛树脂环氧改性酚醛树脂)。7.1.3 原原材材料料不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠

10、的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。第11页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺环氧树脂环氧树脂(双酚双酚A型型)7.1.3 原原材材料料分子结构以分子链中含有活泼的环氧基团为特征分子结构以分子链中含有活泼的环氧基团为特征碱碱第12页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.3 原原材材料料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)。酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂，一般常指由苯酚和酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂，一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂，它是最早合成的一类热固性树脂。甲醛经缩聚反应而得的合成树脂，它是最早合成的一类热固性树脂。苯酚苯

11、酚 甲醛甲醛第13页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.3 原原材材料料热塑性酚醛树脂热塑性酚醛树脂 以酸类为催化剂，酚和醛的比例大于以酸类为催化剂，酚和醛的比例大于1，在合成过程中不，在合成过程中不会形成三向网络结构，在进一步的固化过程中必须加入固化剂。可溶、可熔，会形成三向网络结构，在进一步的固化过程中必须加入固化剂。可溶、可熔，分子内不含羟甲基。分子内不含羟甲基。或或第14页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.3 原原材材料料热固性酚醛塑料热固性酚醛塑料 甲醛过量，以酸或碱为催化剂，或甲醛虽不过量，但以碱为甲醛过量，以酸或碱为催化剂，或甲醛虽不过量，但以碱为催化剂，含有可

12、进一步反应的羟甲基活性基团，如果合成不加以控制，会使体催化剂，含有可进一步反应的羟甲基活性基团，如果合成不加以控制，会使体型缩聚反应一直进行至形成不熔、不溶的具有三向网络结构的固化树脂。型缩聚反应一直进行至形成不熔、不溶的具有三向网络结构的固化树脂。第15页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.3 原原材材料料第16页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.3 原原材材料料热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂能相互转化热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂能相互转化第17页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺选用要求：选用要求：考虑制品的性能要求，如强度、耐热、耐老化性等，考虑制品的性能要求，如强

13、度、耐热、耐老化性等，工工艺艺性性好好，对对玻玻璃璃纤纤维维有有良良好好的的粘粘结结和和浸浸润润性性，粘粘度度低，固化温度不高；低，固化温度不高；断裂延伸率与纤维匹配；断裂延伸率与纤维匹配；固化收缩率低并毒性小固化收缩率低并毒性小;来源广泛，价格低。来源广泛，价格低。7.1.3 原原材材料料第18页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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：航航空空、航航天天、导导弹弹（发发动动机机壳壳体体、高高压压容容器器、导弹发射筒等）。导弹发射筒等）。7.1.4 缠缠绕绕制制品品的的应应用用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

14、19页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.4 缠缠绕绕制制品品的的应应用用 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20页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺民用方面：民用方

15、面：化化工工、石石油油、环环保保、建建筑筑等等领领域域的的管管道道、贮罐、压力容器等。贮罐、压力容器等。7.1.4 缠缠绕绕制制品品的的应应用用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三分之一，所负美国纤维缠绕管道总长占整个运输工具的三分之一，所负担供应的能量担供应的能量(包括石油、天然气、煤、电包括石油、天然气、煤、电)占全国需用量的一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。半以上。我国工业生产中也已大量采用纤维缠绕管道。第21页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.4 缠缠绕绕制制品品的的应应用用立式贮罐立式贮罐第22页/共92页

16、 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.4 缠缠绕绕制制品品的的应应用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、便于携带、高疲劳寿命和高可靠性的员的供氧器，特点：重量轻、便于携带、高疲劳寿命和高可靠性的综合特性。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供养瓶供养瓶第23页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.4 缠缠绕绕制制品品的的应应用用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线杆、天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及工程车臂杆纤维缠绕车

17、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24页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.1.5 缠绕工艺的现状及发展缠绕工艺的现状及发展发发展展方方向向：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领域域；军军工工使使用用转转向向民民用用；提提高高自自动动控控制制水水平平，提提高高生生产产效效率率；降降低低生生产产成成本。本。作业：1、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？7.1.5 缠缠绕绕工工艺艺的的现现状状及及发发展展第25页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2 芯模芯模7.2.1 芯芯模模材材料料外形同

18、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制品的结构尺寸及足够的强度和刚度。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。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，而不影响制品质量。制品完成后，要求芯模能顺利清除干净，而不影响制品质量。第26页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.1 芯模材料芯模材料 7.2.1.1 常用材料常用材料7.

19、2.1 芯芯模模材材料料 主主要要是是钢钢材材、木木材材、塑塑料料、铝铝、石石膏膏、水水泥泥、低低熔熔点点金金属属、低低熔熔点盐类等点盐类等 国外较多用，制造芯模时将其熔化浇铸国外较多用，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成壳体，脱模时加入热水搅拌溶解或用蒸汽熔化。熔化。第27页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.1 芯芯模模材材料料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；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；

20、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。第28页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.1 芯芯模模材材料料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。特别是在强度低，导热系数差。特别是在高温下强度降低并放出水分。高温下强度降低并放出水分。价价格格低低廉廉；成成型型工工艺艺简简单单，容容易易成成型型各各种种复复杂杂形形状状；特特别别是是不不宜宜进进行行机机械械加加工工的的大大型型制制品品更更为为适适宜宜；脱脱模容易。模容易。第29页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.1.3 选择

21、芯模材料应注意的问题选择芯模材料应注意的问题7.2.1 芯芯模模材材料料(1)选定芯模材料应根据制品的生产批量、尺寸形状及性能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；要求来确定；(2)芯模材料不为树脂腐蚀，不能影响树脂系统固化；芯模材料不为树脂腐蚀，不能影响树脂系统固化；(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，芯模材料的成分亦应均匀。为保证缠绕制品尺寸均匀，芯模材料的成分亦应均匀。第30页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.2 芯模的结构形式芯模的结构形式7.2.2.1 实心或空心整体式芯模实心或空

22、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。7.2.2 芯芯模模的的结结构构形形式式将其熔化用铸造法浇铸成将其熔化用铸造法浇铸成壳体，脱模时加入热水溶壳体，脱模时加入热水溶解。解。加热熔化铸造成空心加热熔化铸造成空心壳体，脱模时采用蒸壳体，脱模时采用蒸汽熔化汽熔化第31页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.2.2 组合式芯模组合式芯模分瓣式分瓣式7.2.2 芯芯模模的的结结构构形形式式采用弓形铝合金片构成回采用弓形铝合金片构成回转体，外表面涂刮一层石转体，外表面

23、涂刮一层石膏层膏层采用石膏隔板支撑金属细采用石膏隔板支撑金属细管，捆扎后外表刮石膏，管，捆扎后外表刮石膏，封头亦用石膏制作封头亦用石膏制作用金属管捆扎成芯用金属管捆扎成芯模，外表层刮石膏模，外表层刮石膏全部采用金属构件全部采用金属构件装配，外表层刮石装配，外表层刮石膏膏隔板式隔板式捆扎式捆扎式框架装配式框架装配式第32页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.2.3 石膏隔板组合式芯模石膏隔板组合式芯模 石膏隔板组合式芯模石膏隔板组合式芯模7.2.2 芯芯模模的的结结构构形形式式由芯轴、预制石膏板、铝管及石膏由芯轴、预制石膏板、铝管及石膏面层等部分构成面层等部分构成优点：优点：高温固化，石

24、膏脱高温固化，石膏脱水对制品质量有影水对制品质量有影响，不适于加压固响，不适于加压固化；一个芯模使用化；一个芯模使用一次，仅适用于单一次，仅适用于单件和小批量生产件和小批量生产成型工艺简单、成型工艺简单、成本低，适用成本低，适用于大型芯模，于大型芯模，尺寸精度高尺寸精度高缺点：缺点：第33页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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求：整体式芯模的要求：1、具有

25、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)7.2.2 芯芯模模的的结结构构形形式式芯模有中心轴，沿轴一定距离有一组可伸缩辐条式机构支撑轮状环。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，通过液压的机械装置，使芯模收缩并从用于支撑芯模外壳。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脱下来、然后再将芯模恢复到原始位置。固化的制品中脱下来、然后再将芯模恢复到原始位置。第34页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.3 芯模设计芯模设计7.2.2 芯芯模模的的结结构构形形式式

26、(1)能够承受缠绕过程的工作荷载、自重及加工能够承受缠绕过程的工作荷载、自重及加工时的机械荷载；时的机械荷载；(2)具有具有定刚度，在使用期间保持合乎要求的定刚度，在使用期间保持合乎要求的尺寸；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35页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.2.2 芯芯模模的的结结构构形形式式(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(大型组装式芯模大型组装式芯模)；(3)总体结构与芯模零部件设计，包括刚度、强度总体结构与芯模零部件设计，包括刚度、强度设计计算；设计计

27、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。7.2.3.3 芯模强度、刚度计算芯模强度、刚度计算第36页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.3 缠缠绕绕规规律律学习内容学习内容 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37页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.3.1 概述概述 1.缠绕规律的内容缠绕规律的内容 7.3 缠缠绕绕规规律律2.缠绕线型分类缠绕线型分类描描述述纱纱片片均均匀匀、稳稳定定、连连续续、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导丝丝头间运动关系的规律。头间运动关系的规律。第38页/共92页

28、 课件第七章 缠绕成型工艺7.3 缠缠绕绕规规律律(1)(1)纤维既不重叠又纤维既不重叠又纤维既不重叠又纤维既不重叠又不离缝，均匀连续不离缝，均匀连续不离缝，均匀连续不离缝，均匀连续布满芯模表面。布满芯模表面。布满芯模表面。布满芯模表面。(2)(2)纤维在芯模表纤维在芯模表纤维在芯模表纤维在芯模表面位置稳定，不面位置稳定，不面位置稳定，不面位置稳定，不打滑。打滑。打滑。打滑。第39页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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 7.3 缠缠绕绕规规律律 芯芯模模绕绕自自轴轴匀匀速速转转动动，导导丝丝头头在在筒筒身身区区间间

29、作作平平行行于于轴轴线线方方向向运运动动。芯芯模模自自转转一一周周，导导丝丝头头近近似似移移动动一一个个纱纱片片宽宽度度的的缠缠绕绕。(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为缠绕角通常为85-90封头封头 纱带纱带筒身筒身b b第40页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺纱片螺距：纱片螺距：纱片螺距：纱片螺距：WDctg 纱片宽：纱片宽：纱片宽：纱片宽：bWsin =Dctgsin Dcos环向缠绕参数关系图7.3 缠缠绕绕规规律律DDb bW WDW W第41页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺(2)螺旋缠绕螺旋缠绕 芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模芯模绕自轴

30、匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向往复运动。轴线方向往复运动。可可以以缠缠绕绕圆圆筒筒段段，也也可可缠缠绕绕端头端头(封头封头)。纤维缠绕轨迹：纤维缠绕轨迹：由由圆圆筒筒上上的的螺螺旋旋线线和和封封头头上上与极孔相切的空间曲线组成。与极孔相切的空间曲线组成。螺旋缠绕螺旋缠绕7.3 缠缠绕绕规规律律第42页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺(2)螺旋缠绕螺旋缠绕 定义：定义：芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方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运动的缠绕方式。向往复运动的缠绕方式。此此缠缠绕绕方方式式不不仅仅可可以以缠缠绕绕圆圆筒筒段段，也也可可缠缠绕绕端

31、端头头(封封头头)。纤维缠绕轨迹：纤维缠绕轨迹：由由圆圆筒筒上上的的螺螺旋旋线线和和封封头头上上与与极极孔孔相相切切的的空空间曲线组成。间曲线组成。螺旋缠绕螺旋缠绕7.3 缠缠绕绕规规律律第43页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺（3）纵向缠绕）纵向缠绕 （又称平面缠绕）（又称平面缠绕）导导丝丝头头在在固固定定平平面面内内做做匀匀速速圆圆周周运运动动，芯芯模模绕绕自自轴轴慢慢速速旋旋转转，导导丝丝头头转转一一周周，芯芯模模转转动动微微小小角角度度，反反映映在在芯芯模模表表面面上上近近似似一一个个纱纱片片宽宽度。度。平面缠绕7.3 缠缠绕绕规规律律纱片与芯模轴线间成纱片与芯模轴线间成0 25交

32、角，纤维轨迹是一交角，纤维轨迹是一条单圆平面封闭曲线。条单圆平面封闭曲线。第44页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺平面缠绕、缠绕角的正切值：平面缠绕、缠绕角的正切值：平面缠绕参数关系图7.3 缠缠绕绕规规律律纱片与芯模的纱片与芯模的交角交角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。lcle1e1le2e22r12r2baDsDlcb第45页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺平面缠绕的速比：平面缠绕的速比：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

33、丝头转一圈时导丝头绕芯模旋转的圈数。导丝头绕芯模旋转的圈数。7.3 缠缠绕绕规规律律纱片宽度纱片宽度缠绕角缠绕角第46页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺证明证明：因因为为芯芯模模转转一一周周时时，恰恰好好纱纱片片在在芯芯模模上上布布满满一一层层。设设此此时时导导丝丝头转了头转了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 7.3 缠缠绕绕规规律律bblcle1e1le2e22r12r2ba第47页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺 缠满整个筒体的必要条件：缠满整个筒体的必要条件：=则：则：bb7.3 缠缠绕绕规规律律作业：1、什么是螺旋缠绕？

34、2、写出平面缠绕速比的表达式并加以证明。第48页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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 螺螺旋旋缠缠绕绕时时，由由导导丝丝头头引引入入的的纤纤维维自自芯芯模模上上某某点点开开始始(空空间间点点)，导导丝丝头头经经过过若若干干次次往往返返运运动动后后，又又缠缠回回到到原原来来的的起起始始点点上上(空空间间点点)。这这样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)布布线线称称为为“标标准准线线”。完成一个标准线缠绕称为一个完整循环。完成

35、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。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型连续纤维缠绕在芯连续纤维缠绕在芯模表面上的排布型模表面上的排布型式式第49页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型机器缠绕芯模数个来回后机器缠绕芯模数个来回后的纤维分布的纤维分布弯管芯模，灰色为圆环面，弯管芯模，灰色为圆环面，绿色为柱面绿色为柱面第50页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型复合材料弯管成品复合材料弯管成品导丝头缠绕芯模一层后的导丝头缠绕芯模一层后的纤维分布纤维分布第51页/共

36、92页 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）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 在在极极孔孔圆圆周周上上按按时时间间顺顺序序相相继继出出现现的的两两个个切切点点称称为为时时序序相相邻邻的的两两切切点。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)两两切切点点紧紧密密排排布布，中中间间不不能能再再加加入入其其他他切切点点，称称为为两两切切点点“位置相邻位置相邻”。2)两切点之间还可以加入其他切点，称两切点位置不相邻。两切点之间还可以加入其他切点，称两切点位置不相邻

37、。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型第52页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型单切点缠绕单切点缠绕完成一个完整循环缠绕，极完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上只有一个切点的情孔圆周上只有一个切点的情况。况。完成一个完整循环缠绕，完成一个完整循环缠绕，极孔圆周上有多个切点的极孔圆周上有多个切点的情况情况第53页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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)时时序序相相邻邻的的两两切切点点位位置置也也相相邻邻。即即在在出出现现与与初初

38、始始切切点点位位置置相相邻邻的的切切点点以以前前，极极孔孔上上只只有有一一个个切切点点，这这种种缠缠绕绕线线形形称单切点线型。称单切点线型。2)在在出出现现与与起起始始切切点点位位置置相相邻邻的的切切点点以以前前，极极孔孔上上已已经经出出现现了了两两个个或或两两个个以以上上切切点点，即即时时序序相相邻邻切切点点位位置置不不相相邻邻，这这种种缠缠绕绕线线形形称称为为多多切切点线型。点线型。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型第54页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺 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7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型1233124 单切点线型单

39、切点线型 双切点线型双切点线型纤维从切点纤维从切点1绕到与它时绕到与它时序相邻的切点序相邻的切点2时，芯模时，芯模转过中心角为转过中心角为360o/2第55页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺多切点的排布图7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型n=3 n=4 n=51231231234123412345142531352415432第56页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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 由由于于芯芯模模匀匀速速转转动动，丝丝嘴嘴每每往往返返一一次次的的时时间间又又相相同同。因因此此，一一个个完完整整循循环的环的n点切点必将等

40、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、位位置置相相邻邻的的两两切切点点所所对对应应的的纱纱片片在在筒筒身身段段错错开开的的距距离离等等于一个纱片宽度。于一个纱片宽度。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型第57页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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 设设完完成成一一个个n切切点点的的完完整整循循环环缠缠绕绕，芯芯模模转转角角为为，导导丝丝头头每每往返一

41、次芯模转角为往返一次芯模转角为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的纱片在筒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。身段错开一个纱片的距离。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型123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绕到切点绕到切点3时，芯时，芯模转过中心角将是模转过中心角将是360土土，或者再加上，或者再加上360 的的整数倍。整数倍。第58页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺两切点：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次才次才错过一个错过一

42、个，导丝头往返一次时应错开，导丝头往返一次时应错开/2。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型31242=(1+N)360/2 =(1/2+N)360/2第59页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺三切点：三切点：n个切点：个切点：7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型n=31231233=(1+N)360/3 =(1/3+N)360/3n=(1+N)360/n =(1/n+N)360/n第60页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺则对于则对于n有：有：n（K/n+N）360/nK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

43、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）360/35有有4个值：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 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型第61页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺 在在一一个个完完整整循循环环中中，切切点点数数不不同同，纤纤维维缠缠绕绕的的线线型型不不同同，导导丝丝头头往往返返一一次次芯芯模模转转角角不不同同；如如果果在在一一个个完完整整的的循循环环中中，切切点点数数相相同同而而切切点点排排布顺序不同，则线型也

44、不相同，导丝头往返一次的芯模转角也不同。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。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型1n=3 n=4 n=5123123123412341234514253352415432导丝头往返一次的转数导丝头往返一次的转数可作为缠绕线型的可作为缠绕线型的“代代号号”。第62页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺“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/360M=K+nNS0-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

45、完整循环导丝头往返次数。7.3.2 螺螺旋旋缠缠绕绕线线型型不考虑芯模转角不考虑芯模转角微调量微调量n(K/n+N)360/nS0 K/n+NM/n连续纤维缠绕在芯连续纤维缠绕在芯模表面上的排布型模表面上的排布型式式第63页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.3.3 螺旋缠绕的转速比螺旋缠绕的转速比 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，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。芯模转数与导丝头往返次数之比。7.3.3 转转速速比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

46、往返数不同的线型严格对应着不同不同的线型严格对应着不同的转速比的转速比定定义义线线型型在在数数值值上上等等于转速比于转速比第64页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺 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，实际转速比的影响，实际转速比：7.3.3 转转速速比比n=(K/n+N)360/n第65页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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)根根据据产产品品使使用用和和设设计计要要求求、技技术术质质量量指指标标，进进行行结结构构造造型型、缠缠绕绕线线型和芯模设计；型和芯模设计；(

47、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绕层数计算；根据产品强度要求、原材料性能及缠绕线型进行缠绕层数计算；(4)根据选定的原材料和工艺方法，确定工艺流程及工艺参数；根据选定的原材料和工艺方法，确定工艺流程及工艺参数；(5)根据缠绕线型选定缠绕设备，或为缠绕设备设计提供参数。根据缠绕线型选定缠绕设备，或为缠绕设备设计提供参数。7.4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计第66页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺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制品品的的结结构构形形状状和和几何尺寸几何尺寸7.4 缠缠绕绕工工艺艺设设计

48、计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67页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺(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7.4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计 平平面面缠缠绕绕适适合合于于球球形形、扁扁椭椭球球形形、长长径径比比小小于于4的的筒筒形形制制品品。也也适适用用于两封头不等极孔容器的缠绕。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。为为防防止止纤纤维维打打滑滑，平平面面缠缠绕绕通通常常采采用用预预浸浸纱纱缠缠绕绕，同同时时，极极孔孔直直径径一般不超过筒体直径的一般不超过筒体直径的30%。第68页/共92页 课件第七章

49、缠绕成型工艺7.4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计纤维在筒身上交叉程度相当大，从强纤维在筒身上交叉程度相当大，从强度观点看是不利的。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直的趋势，纤维因为交叉点处的纤维在承载状态下有被拉直的趋势，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，而孔隙率是使制品剪切强度降低的主要原因。率偏高，而孔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，而以完整的缠绕层依次逐层重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，平面缠绕可望获得高

50、强度，并因而减叠，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。轻制品质量。平面缠绕平面缠绕(2)强度要求强度要求第69页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺7.4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计封头 纱带筒身b b平面缠绕环向缠绕螺旋缠绕螺旋缠绕第70页/共92页 课件第七章 缠绕成型工艺(3)载荷特性载荷特性7.4 缠缠绕绕工工艺艺设设计计 当制品受到内压以外的荷载，设计灵活性较大。只要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。环向强度。平面和环向组合缠绕平面和环向组合