缠绕成型工艺介绍及其优点

图1-23　缠绕成型原理示意图

缠绕成型工艺是纤维增强先进树脂基复合材料的主要制造技术之一，是将连续纤维、布带或纱线等材料浸过树脂胶液后按照一定规律缠绕到芯模上，其工艺原理如图1-23所示。缠绕完成后在一定温度下固化后脱模，最终获得所需形状的复合材料制品。缠绕成型技术一共有三种成型方式，分别为干法成型、湿法成型和半干法成型。其中干法成型是将连续纤维、布带或纱线先做成预浸料存放，需要时再将预浸料缠绕在芯模上固化制得；湿法成型是将浸有树脂基体的连续纤维、布带或纱线直接缠绕在芯模上固化得到的产品；半干法成型将浸胶后的连续纤维、布带或纱线经过加热使胶液发生初步的交联反应，然后再不间断地缠绕在芯模上而制得产品。三种方式各有特点，但目前湿法成型的应用较为广泛。

纤维缠绕成型的优点在于能够按照产品的受力情况来设计纤维的缠绕规律，可最大限度地发挥纤维强度，从而获得高性能产品；加之纤维缠绕产品易于实现机械化和自动化生产，确定好工艺条件之后，制备出来的产品质量稳定、精确、可靠性高，而且不需要很多操作人员，缠绕速度快，劳动生产率高；不仅如此，材料纤维是张紧且连续的，纤维的强度利用率高于织物纤维和短切纤维的，相对于手糊、模压和喷射等成型技术最高能达到60%的纤维体积含量而言，其纤维体积含量最高可达80%，而纤维增强复合材料的强度主要由纤维承担，纤维含量高，制品的结构强度就越高。但纤维缠绕成型也存在适应性较差的缺点，因为该方法不能缠绕任意结构形式的产品，特别是表面有凹陷的制品，因为缠绕时，纤维不能紧贴芯模表面而架空。(www.xing528.com)

缠绕成型技术是受到采用捆绑方式加强部分结构的环向抗张能力而发展起来的。在纤维增强复合材料技术出现之后的20世纪50年代左右，作为一种机械化生产程度高的复合材料制造技术，一出现就得到了广泛的使用和迅速的发展。经过几十年的发展，得益于原材料生产已经成为一个成熟的工业体系；缠绕设备也能大能小，小到生产直径为几毫米的杆件设备，大到生产直径为几十米的化工储藏罐设备。该技术已日趋完善，产品在航空航天、国防以及民用领域都得到了充分的利用。