碳纖維纏繞工藝的三種類型

在樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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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