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碳纖維的三種纏繞成型工藝比較

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2016/12/21 15:21:12

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【摘要】纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維(或布帶、預浸紗)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)纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態(tài)不同,分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種工藝。

纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維(或布帶、預浸紗)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)纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態(tài)不同,分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種工藝。以下著名碳纖維品牌的筆者就這三種工藝進行比較:

碳纖維的三種纏繞成型工藝比較

1、干法纏繞:干法纏繞是采用經(jīng)過預浸膠處理的預浸紗或帶,在纏繞機上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預浸紗(或帶)是專業(yè)生產(chǎn),能嚴格控制樹脂含量(精確到2%以內(nèi))和預浸紗質(zhì)量。因此,干法纏繞能夠準確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的最大特點是生產(chǎn)效率高,纏繞速度可達100~200m/min,纏繞機清潔,勞動衛(wèi)生條件好,產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點是纏繞設(shè)備貴,需要增加預浸紗制造設(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)點為:①成本比干法纏繞低40%;②產(chǎn)品氣密性好,因為纏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,纖維上的樹脂膠液,可減少纖維磨損;⑤生產(chǎn)效率高(達200m/min)。濕法纏繞的缺點為:①樹脂浪費大,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,以濕法纏繞應用最為普遍;干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術(shù)領(lǐng)域。

纖維纏繞成型的優(yōu)點:

1、能夠按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計纏繞規(guī)律,使能充分發(fā)揮纖維的強度;

2、比強度高:一般來講,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:纖維纏繞制品易實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn),工藝條件確定后,纏出來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,精確;

4、生產(chǎn)效率高:采用機械化或自動化生產(chǎn),需要操作工人少,纏繞速度快(240m/min),故勞動生產(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),使其再復合,達到最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果。

纏繞成型的缺點:

1、纏繞成型適應性小,不能纏任意結(jié)構(gòu)形式的制品,特別是表面有凹的制品,因為纏繞時,纖維不能緊貼芯模表面而架空;

2、纏繞成型需要有纏繞機,芯模,固化加熱爐,脫模機及熟練的技術(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)時才能降低成本,才能獲得較的的技術(shù)經(jīng)濟效益。

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