
【化】 filament winding process
缠绕成型法(Filament Winding)是一种用于制造中空、圆柱形或球形复合材料制品的先进工艺。该方法通过将连续纤维(如玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维)浸渍树脂后,按照特定角度和路径缠绕在旋转的芯模上,经固化后脱模得到最终产品。其核心在于精确控制纤维的取向和张力,以实现最优的力学性能分布。
纤维浸渍系统
连续纤维从纱架引出,经过树脂槽浸渍热固性树脂(如环氧树脂、不饱和聚酯),由挤胶辊精确控制含胶量,确保纤维充分浸润。
缠绕轨迹控制
通过计算机数控(CNC)系统调节芯模转速与纤维导丝头的平移速度,实现环向缠绕(90°)、纵向缠绕(接近0°)或螺旋缠绕(特定角度),满足不同结构的强度需求。数学表达为:
$$ tan theta = frac{v}{w cdot D} $$
其中 $theta$ 为缠绕角,$v$ 为导丝头速度,$w$ 为芯模角速度,$D$ 为芯模直径。
固化与脱模
缠绕后制品在室温或加热条件下固化,芯模可采用可溶型(如盐)或可拆卸型,复杂结构需使用气囊芯模辅助脱模。
根据中国复合材料学会(CSfCM)术语标准,缠绕成型法被定义为“通过连续纤维与树脂体系的可控组合,实现结构定制化的层积制造技术”(《复合材料工艺大全》,2023版)。美国复合材料制造商协会(ACMA)则强调其满足ASME BPVC Section X压力容器标准的能力,印证技术可靠性。
来源:
缠绕成型法是一种复合材料制造工艺,主要用于生产中空结构件。以下是其核心要点:
通过将浸渍树脂的连续纤维(如碳纤维、玻璃纤维)按特定规律缠绕在芯模表面,经固化后脱模获得制品。核心流程包括纤维浸胶、缠绕成型、固化脱模三个阶段。
干法缠绕
湿法缠绕
半干法缠绕
主要用于制造管道、压力容器、火箭发动机壳体等回转体结构,也可拓展到非旋转体部件。近年已开发出一步成型等新工艺,提升生产效率。
注:完整技术细节可参考中国复合材料工业协会官网及热塑性工艺研究。
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