原材料 缠绕成型的原材料主要是纤维增强材料、树脂和填料。
增强材料 缠绕成型用的增强材料主要是各种纤维纱,如无碱玻璃纤维纱、中碱玻璃纤维纱、碳纤维纱、高强玻璃纤维纱、芳纶纤维纱及表面毡等。
性能和价格 碳纤维、芳纶纤维以及高强度、高模量玻璃纤维,其性能优异,强度大、刚性好,碳纤维和芳纶纤维的质量小,但这些纤维价格贵,常用于航空、航天及体育用品等方面。一般民用产品则多采用普通玻璃纤维。为了充分发挥不同增强材料的特性和降低成本,也可以采用两种以上纤维进行缠绕。如螺旋缠绕采用碳纤维,环向缠绕采用玻璃纤维,这样可以提高缠绕制品的纵向刚度,同时也能降低成本。满足制品的性能要求 无碱纤维耐水性、电性能好,适用于电器、绝缘制品。中碱纤维价格比无碱纤维价格便宜30%以上,耐酸性能优越,应大力推广。浸透性和粘接性 无论是碳纤维、芳纶纤维或玻璃纤维,用于缠绕成型时,都应进行表面处理,保证与树脂有较好的浸透性和粘接性。张力 无捻粗纱各股纱的张力均匀,不起毛,不断头,成带性好。
缠绕制品的耐热性、耐化学腐蚀性及耐自然老化性主要取决于树脂性能,同时对工艺性、力学性能也有很大影响。其基本要求如下。
适用期要长,为了保证能顺利地完成缠绕过程,凝胶时间应大于4h;树脂胶液的流动性是保证纤维被浸透、含较量均匀和纱片中气泡被排出的必要条件,缠绕成型胶液的黏度应控制在0.35~1.0Pa•s;树脂基体的断裂伸长率应和增强材料相匹配,不能太小;树脂胶液在缠绕过程中毒性要小,固化后的收缩率要低。
填料 种类很多,加入后能改善树脂基体的某些功能,如提高耐磨性、增加阻燃性和降低成本等。在胶液中加入空心玻璃微珠,可提高制品的刚性、减小密度和降低成本等。在生产大口径地埋管道时,常加入30%的石英砂,借以提高产品的刚性和降低成本。为了提高填料和树脂之间的粘接强度,填料要保证清洁和表面活性处理。
芯模 成型中空制品的内膜称芯模。一般情况下,制品固化后,芯模要从制品内脱出。
芯模设计的基本要求
要有足够的强度和刚度,能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷,如自重、制品重、缠绕张力、固化应力、二次加工时的切削力等。能满足制品形状和尺寸精度要求,如形状尺寸椭圆度、锥度(脱模)、表面光洁度和平整度等。保证产品固化后能顺利从制品中脱出。制造简单,造价便宜,取材方便。芯模材料 缠绕成型芯模材料分两类:熔、溶性材料;组装式材料。熔、溶性芯模材料 石蜡、水溶性聚乙烯醇型砂、低熔点金属等,这类材料可用浇注法制成空心或实心芯模,制品缠绕成型后,从开口处通入热水或高压蒸汽,使其溶、熔 ,从制品中流出,流出的溶(熔)体,冷却后可重复使用。组装式芯模材料和内衬材料 组装式芯模材料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等。金属芯模一般设计成可拆式结构,制品固化后,从开口处将芯模拆散取出,重复使用。钢、铝和夹层结构芯模,可重复使用,适合于批量产品生产。石膏、木材材料来源广,价格低,制造和脱模比较方便。石膏芯模是一次性使用,不能回收。小型产品可用实心芯模,大型制品则与木材等组装成空心芯模。内衬材料是制品中的组成部分,固化后不从制品中取出,内衬材料的作用主要是防腐和密封,当然也可以起到芯模作用,属于这类材料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。
芯模结构形成
石膏隔板式组合结构芯模 石膏芯模是一次性使用品,它由金属芯轴、石膏封头、这种芯模的特点为:制作简单,成本低,拆除方便,这种芯模最适用于精度要求高的大、中型单件或少件制品,其尺寸精度可达1mm以内。管道芯模 分为整体式和开缩式两种,整体式芯模适用于直径小于800mm的玻璃钢管生产,整体式芯模是用钢板卷焊而成,也可以用无缝钢管加工制造。为了脱模方面,整体式芯模表面要经过打磨、抛光,芯模沿长度方向要大于1/1000锥度。直径大于800mm的管芯模,采用开缩式芯模,芯模壳体由经过酸洗的优质钢板卷成,表面经过抛光、打磨,具有高精度和高光洁度。芯模中心轴,沿轴长度方向,每隔一定距离有一组可伸缩式辐条机构支撑的轮状环,用于支撑芯模外壳。脱模时,通过液压机械装置,使芯模收缩,从固化制品中脱下来。再用时,将芯模恢复到原始尺寸。为了提高生产效率,减少缠绕过程中装、卸管芯模的时间,在缠管机上增设多轴装置,它是一个圆盘回转架,架上可同时装3~6根相同或不同直径的芯模。回转架使每根芯模依次置于缠绕工位进行缠绕,在回转架底座旁边有一个液压动力升降机,将缠好的管正确地放在脱模机上脱模。这种装置鞥提高生产率3~6倍。贮罐芯模 一般由封头和罐身组成。可分别制成封头和罐身构件,然后在胶黏成整体。通常罐身用缠绕成型,封头用手糊或喷射成型。也可以将预制的封头和罐身粘成芯模,然后再整体缠绕。内衬 缠绕制品气密性差,因此在生产高压器或航空氧气瓶时,必须要用致密材料做内衬来保证。内衬材料的要求 i内衬材料的致密性要高,不透水,不透气,密度尽量小;ii根据容器的使用条件,内衬材料应具有防腐蚀或耐高温低温性能等;iii与缠绕结构层有相同的断裂延伸率和膨胀系数,能共同承受载荷;iv能与缠绕结构层牢固地粘接在一起,耐疲劳、不分层;v材料易获得,价格便宜。
目前用作内衬的材料有铝、不锈钢、橡胶和塑料等。
铝、不锈钢内衬 铝内衬气密性高,缠绕过程中能够起到芯模作用,成型后铝内衬不再从制品中取出。铝内衬在缠绕和固化过程中变形小,与缠绕玻璃钢的结构层相容性好,已成功用于各种高压气瓶的生产,能保证制品耐疲劳寿命1800次以上。铝内衬的缺点是焊接技术要求高、制造复杂、不耐腐蚀等,不锈钢内衬耐腐蚀,但密度大,两种金属内衬制造都比较复杂。塑料、橡胶内衬 这类材料内衬气密性好,耐化学腐蚀,制造工艺简单,成本低,有弹性等。橡胶内衬属弹性材料,无刚度,不能满足缠绕成型过程中的芯模承载作用,必须加支撑结构。塑料内衬材料有尼龙6、ABS、聚氯乙烯、聚乙烯等,这类材料气密性好,耐化学腐蚀,制造简单,有一定的强度和刚性,可起到内衬和芯模作用,成本低。其缺点是耐温(高、低温)性差,选用时必须考虑到制品固化温度和塑料内衬相适应。
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