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纏繞成型工藝

2010年04月14日 10:54:09人氣:7481來(lái)源:德州東潤(rùn)空調(diào)設(shè)備有限公司

 

纏繞成型工藝
纏繞成型工藝是將浸過(guò)樹脂膠液的連續(xù)纖維(或布帶、預(yù)浸紗)按照一定規(guī)律纏繞到芯模上,然后經(jīng)固化、脫模,獲得制品。根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹脂基體的物理化學(xué)狀態(tài)不同,分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。
  (1)干法纏繞 干法纏繞是采用經(jīng)過(guò)預(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶,在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預(yù)浸紗(或帶)是專業(yè)生產(chǎn),能嚴(yán)格控制樹脂含量(到2%以內(nèi))和預(yù)浸紗質(zhì)量。因此,干法纏繞能夠準(zhǔn)確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的zui大特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高,纏繞速度可達(dá)100~200m/min,纏繞機(jī)清潔,勞動(dòng)衛(wèi)生條件好,產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點(diǎn)是纏繞設(shè)備貴,需要增加預(yù)浸紗制造設(shè)備,故投資較大此外,干法纏繞制品的層間剪切強(qiáng)度較低。
  (2)濕法纏繞 濕法纏繞是將纖維集束(紗式帶)浸膠后,在張力控制下直接纏繞到芯模上。濕法纏繞的優(yōu)點(diǎn)為:①成本比干法纏繞低40%;②產(chǎn)品氣密性好,因?yàn)槔p繞張力使多余的樹脂膠液將氣泡擠出,并填滿空隙;③纖維排列平行度好;④濕法纏繞時(shí),纖維上的樹脂膠液,可減少纖維磨損;⑤生產(chǎn)效率高(達(dá)200m/min)。濕法纏繞的缺點(diǎn)為:①樹脂浪費(fèi)大,操作環(huán)境差;②含膠量及成品質(zhì)量不易控制;③可供濕法纏繞的樹脂品種較少。
  (3)半干法纏繞 半干法纏繞是纖維浸膠后,到纏繞至芯模的途中,增加一套烘干設(shè)備,將浸膠紗中的溶劑除去,與干法相比,省卻了預(yù)浸膠工序和設(shè)備;與濕法相比,可使制品中的氣泡含量降低。
  三種纏繞方法中,以濕法纏繞應(yīng)用zui為普遍;干法纏繞僅用于高性能、高精度的技術(shù)領(lǐng)域。
  纖維纏繞成型的優(yōu)點(diǎn) ①能夠按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計(jì)纏繞規(guī)律,使能充分發(fā)揮纖維的強(qiáng)度;②比強(qiáng)度高:一般來(lái)講,纖維纏繞壓力容器與同體積、同壓力的鋼質(zhì)容器相比,重量可減輕40~60%;③可靠性高:纖維纏繞制品易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn),工藝條件確定后,纏出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,;④生產(chǎn)效率高:采用機(jī)械化或自動(dòng)化生產(chǎn),需要操作工人少,纏繞速度快(240m/min),故勞動(dòng)生產(chǎn)率高;⑤成本低:在同一產(chǎn)品上,可合理配選若干種材料(包括樹脂、纖維和內(nèi)襯),使其再?gòu)?fù)合,達(dá)到*的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
  纏繞成型的缺點(diǎn) ①纏繞成型適應(yīng)性小,不能纏任意結(jié)構(gòu)形式的制品,特別是表面有凹的制品,因?yàn)槔p繞時(shí),纖維不能緊貼芯模表面而架空;②纏繞成型需要有纏繞機(jī),芯模,固化加熱爐,脫模機(jī)及熟練的技術(shù)工人,需要的投資大,技術(shù)要求高,因此,只有大批量生產(chǎn)時(shí)才能降低成本,才能獲得較的的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
  1、原材料
  纏繞成型的原材料主要是纖維增強(qiáng)材料、樹脂和填料。
  (1)增強(qiáng)材料 纏繞成型用的增強(qiáng)材料,主要是各種纖維紗:如無(wú)堿玻璃纖維紗,中堿玻璃纖維紗,碳纖維紗,高強(qiáng)玻璃纖維紗,芳綸纖維紗及表面氈等。
  (2)樹脂基體 樹脂基體是指樹脂和固化劑組成的膠液體系。纏繞制品的耐熱性,耐化學(xué)腐蝕性及耐自然老化性主要取決于樹脂性能,同時(shí)對(duì)工藝性、力學(xué)性能也有很大影響。纏繞成型常用樹脂主要是不飽和聚酯樹脂,也有時(shí)用環(huán)氧樹脂和雙馬來(lái)酰亞胺樹脂等。對(duì)于一般民用制品如管、罐等,多采用不飽和聚酯樹脂。對(duì)力學(xué)性能的壓縮強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度要求高的纏繞制品,則可選用環(huán)氧樹脂。航天航空制品多采用具有高斷裂韌性與耐濕性能好的雙馬來(lái)酰亞胺樹脂。
(3)填料 填料種類很多,加入后能改善樹脂基體的某些功能,如提高耐磨性,增加阻燃性和降低收縮率等。在膠液中加入空心玻璃微珠,可提高制品的剛性,減小密度降低成本等。在生產(chǎn)大口徑地埋管道時(shí),常加入30%石英砂,借以提高產(chǎn)品的剛性和降低成本。為了提高填料和樹脂之間的粘接強(qiáng)度,填料要保證清潔和表面活性處理。
  2、芯模
  成型中空制品的內(nèi)模稱芯模。一般情況下,纏繞制品固化后,芯模要從制品內(nèi)脫出。
  芯模設(shè)計(jì)的基本要求 ①要有足夠的強(qiáng)度和剛度,能夠承受制品成型加工過(guò)程中施加于芯模的各種載荷,如自重、制品重,纏繞張力,固化應(yīng)力,二次加工時(shí)的切削力等;②能滿足制品形狀和尺寸精度要求,如形狀尺寸,同心度、橢圓度、錐度(脫模),表面光潔度和平整度等;③保證產(chǎn)品固化后,能順利從制品中脫出;④制造簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜,取材方便。
  芯模材料 纏繞成型芯模材料分兩類:熔、溶性材料和組裝式材料。熔、溶性材料是指石蠟,水溶性聚乙烯醇型砂,低熔點(diǎn)金屬等,這類材料可用澆鑄法制成空心或?qū)嵭男灸?,制品纏繞成型后,從開(kāi)口處通入熱水或高壓蒸汽,使其溶、熔,從制品中流出,流出的溶體,冷卻后重復(fù)使用。組裝式芯模材料常用的有鋁、鋼、夾層結(jié)構(gòu)、木材及石膏等。另外還有內(nèi)襯材料,內(nèi)襯材料是制品的組成部分,固化后不從制品中取出,內(nèi)襯材料的作用主要是防腐和密封,當(dāng)然也可以起到芯模作用,屬于這類材料的有橡膠、塑料、不銹鋼和鋁合金等。
  3、纏繞機(jī)
  纏繞機(jī)是實(shí)現(xiàn)纏繞成型工藝的主要設(shè)備,對(duì)纏繞機(jī)的要求是:①能夠?qū)崿F(xiàn)制品設(shè)計(jì)的纏繞規(guī)律和排紗準(zhǔn)確;②操作簡(jiǎn)便;③生產(chǎn)效率高;④設(shè)備成本低。
  纏繞機(jī)主要由芯模驅(qū)動(dòng)和繞絲嘴驅(qū)動(dòng)兩大部分組成。為了消除繞絲嘴反向運(yùn)動(dòng)時(shí)纖維松線,保持張力穩(wěn)定及在封頭或錐形纏繞制品紗帶布置,實(shí)現(xiàn)小纏繞角(0°~15°)纏繞,在纏繞機(jī)上設(shè)計(jì)有垂直芯軸方向的橫向進(jìn)給(伸臂)機(jī)構(gòu)。為防止繞絲嘴反向運(yùn)動(dòng)時(shí)紗帶轉(zhuǎn)擰,伸臂上設(shè)有能使繞絲嘴翻志的機(jī)構(gòu)。
  我國(guó)60年代研制成功鏈條式纏繞機(jī),70年代引進(jìn)德國(guó)WE-250數(shù)控纏繞機(jī),改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn),80年代后我國(guó)引進(jìn)了各種型式纏繞機(jī)40多臺(tái),經(jīng)過(guò)改進(jìn)后,自己設(shè)計(jì)制造成功微機(jī)控制纏繞機(jī),并進(jìn)入市場(chǎng)。
  機(jī)械式纏繞機(jī)類型
  (1)繞臂式平面纏繞機(jī) 其特點(diǎn)是繞臂(裝有繞絲嘴)圍繞芯模做均勻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),芯模繞自身軸線作均勻慢速轉(zhuǎn)動(dòng),繞臂(即繞絲嘴)每轉(zhuǎn)一周,芯模轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度。此小角度對(duì)應(yīng)纏繞容器上一個(gè)紗片寬度,保證紗片在芯模上一個(gè)緊挨一個(gè)地布滿容器表面。芯??焖傩D(zhuǎn)時(shí),繞絲嘴沿垂直地面方向緩慢地上下移動(dòng),此時(shí)可實(shí)現(xiàn)環(huán)向纏繞,使用這種纏繞機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是,芯模受力均勻,機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn),排線均勻,適用于干法纏繞中小型短粗筒形容器。
  (2)滾翻式纏繞機(jī) 這種纏繞機(jī)的芯模由兩個(gè)搖支承,纏繞時(shí)芯模自身軸旋轉(zhuǎn),兩臂同步旋轉(zhuǎn)使芯模翻滾一周,芯模自轉(zhuǎn)一個(gè)與紗片寬相適應(yīng)的角度,而纖維紗由固定的伸臂供給,實(shí)現(xiàn)平面纏繞,環(huán)向纏繞由附加裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于滾翻動(dòng)作機(jī)構(gòu)不宜過(guò)大,故此類纏繞機(jī)只適用于小型制品,且使用不廣泛。
  (3)臥式纏繞機(jī) 這種纏繞機(jī)是由鏈條帶動(dòng)小車(繞絲嘴)作往復(fù)運(yùn)動(dòng),并在封頭端有瞬時(shí)停歇,芯模繞自身軸作等速旋轉(zhuǎn),調(diào)整兩者速度可以實(shí)現(xiàn)平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞,這種纏繞機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單,用途廣泛,適宜于纏繞細(xì)長(zhǎng)的管和容器。
  (4)軌道式纏繞機(jī) 軌道式纏繞機(jī)分立式和臥式兩種。紗團(tuán)、膠槽和繞絲嘴均裝在小車上,當(dāng)小車沿環(huán)形軌道繞芯模一周時(shí),芯模自身轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)紗片寬度,芯模軸線和水平面的夾角為平面纏繞角α。從而形成平面纏繞型,調(diào)整芯模和小車的速度可以實(shí)現(xiàn)環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。軌道式纏繞機(jī)適合于生產(chǎn)大型制品。
  (5)行星式纏繞機(jī) 芯軸和水平面傾斜成α角(即纏繞角)。纏繞成型時(shí),芯模作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng),繞絲嘴固定不動(dòng)。調(diào)整芯模自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度可以完成平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。芯模公轉(zhuǎn)是主運(yùn)動(dòng),自轉(zhuǎn)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。這種纏繞機(jī)適合于生產(chǎn)小型制品。
  (6)球形纏繞機(jī) 球形纏繞機(jī)有4個(gè)運(yùn)動(dòng)軸,球形纏繞機(jī)的繞絲嘴轉(zhuǎn)動(dòng),芯模旋轉(zhuǎn)和芯模偏擺,基本上和搖臂式纏繞機(jī)相同,第四個(gè)軸運(yùn)動(dòng)是利用繞絲嘴步進(jìn)實(shí)現(xiàn)紗片纏繞,減少極孔外纖維堆積,提高容器臂厚的均勻性。芯模和繞絲嘴轉(zhuǎn)動(dòng),使纖維布滿球體表面。芯模軸偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),可以改變纏繞極孔尺寸和調(diào)節(jié)纏繞角,滿足制品受力要求。
  (7)電纜式縱環(huán)向纏繞機(jī) 縱環(huán)向電纜式纏繞機(jī)適用于生產(chǎn)無(wú)封頭的筒形容器和各種管道。裝有縱向紗團(tuán)的轉(zhuǎn)環(huán)與芯模同步旋轉(zhuǎn),并可沿芯模軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng),完成縱向紗鋪放,環(huán)向紗裝在轉(zhuǎn)環(huán)兩邊的小車上,當(dāng)芯模轉(zhuǎn)動(dòng),小車沿芯模軸向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),完成環(huán)向紗纏繞。根據(jù)管道受力情況,可以任意調(diào)整縱環(huán)向紗數(shù)量比例。
  (8)新型纏管機(jī) 新型纏管機(jī)與現(xiàn)行纏繞機(jī)的區(qū)別在于,它是靠管芯自轉(zhuǎn),并同時(shí)能沿管長(zhǎng)方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng),完成纏繞過(guò)程。這種新型纏繞機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是,繞絲嘴固定,為工人處理斷頭、毛絲以及看管帶來(lái)很大方便;多路進(jìn)紗可實(shí)現(xiàn)大容量進(jìn)絲纏繞,纏繞速度快,布絲均勻,有利于提高產(chǎn)品重量和產(chǎn)量。
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