湿法缠绕成型进展.doc

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1、树脂基复合材料缠绕成型研究进展材料学院材本1404王东哲0.引言先进复合材料作为一种比较理想的结构材料和功能材料,具有许多独特的优点和重要的实用价值,已成为现代航空、航天飞行器制造不可缺少的关键材料,并在船舶、汽车、建筑、体育用品等领域获得越来越广泛的应用。随着复合材料应用领域的拓宽,其成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种,并成功地用工业生产。常见的复合材料成型技术有手糊成型喷射成型，RTM成型缠绕成型等本文主要介绍湿法缠绕成型的生产工艺和研究进展。纤维缠绕成型是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将连续的纤维

2、粗纱或布带浸渍树脂胶液，连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下使之固化制成一定形状制品的方法。0.1缠绕制品的特点纤维缠绕成型玻璃钢除具有一般玻璃钢制品的优点外，它还具有其他成型工艺所没有的特点，现例举如下：（1）比强度高缠绕成型玻璃钢的比强度三倍于钢、四倍于钛。（2）避免了布纹交织点与短切纤维末端的应力集中（3）可使产品实现等强度结构纤维缠绕成型工艺可使产品结构在不同方向的强度比最佳。也就是说，在纤维缠绕结构的任何方向上，可以使设计的制品（如：缠绕玻璃钢制品）的材料强度，与该制品材料实际承受的强度基本一致，使产品实现等强度

3、结构。0.2缠绕成型工艺分类纤维缠绕成型工艺按其工艺特点，通常分为三种。（1）干法缠绕成型采用该法制成的制品质量比较稳定,工艺过程易控制,设备比较清洁,可以改善劳动卫生条件.缠绕速度可以提高（2）湿法缠绕成型湿法缠绕成型工艺湿法缠绕工艺设备比较简单，对原材料要求不严，便于可选用不同材料，因纱带浸胶后马上缠绕，对纱带的质量不易控制和检验，同时胶液中尚存大量的溶剂，固化时易产生气泡，缠绕过程中纤维的张力也不易控制，但生产效率很高。（1）半干法缠绕成型将无捻粗纱浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法与湿法相比，增加了烘干工序，除去了溶剂。与干法相比

4、，无需整套的预浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程可在室温下进行。提高了制品质量。1.湿法成型研究进展作为一种理想的结构材料和功能材料,近年来树脂基复合材料在航空航天等领域获得了迅猛的发展。然而,这类材料往往成本高昂,限制了其在船舶、建筑、体育等民用领域的广泛应用。在树脂基复合材料总成本中,制造成本所占比重一般高达60～70%,如何从工艺技术上突破以降低成本已是当今复合材料业面临的重要课题。树脂基复合材料缠绕成型技术最早出现于上世纪40年代,经过半个多世纪的发展,缠绕成型已经成为复合材料制造工艺中最重要的手段之一。由于受原材料及工艺控制手段等所限,早期特别

5、是在航空航天等领域,缠绕成型多采用预浸带干法形式进行。这种成型方法生产环境较好,可获得性能优秀的复合材料制品,然而所需设备复杂,投资较大,产品成本较高。湿法缠绕成型是在增强材料经过树脂浴后直接缠绕在芯模上固化成型,树脂的润滑作用可减少增强纱带传递中的磨损,有利于纤维的强度发挥。更重要的是,由于省略了预浸带制作步骤,湿法缠绕成型所需设备简单,工序少而生产周期较短,可有效提高生产效率和降低制造成本。资料表明,以湿法缠绕取代干法缠绕,成本约降低40%。因此,在制品的缠绕成型中,有以湿法缠绕取代干法缠绕成型的趋势。限制湿法缠绕成型广泛应用的主要因素主要有①适于湿

6、法缠绕成型的树脂基体种类较少;②湿法缠绕工艺控制较难控制等。近年来,人们针对这些问题做了大量的研究,并取得了一定的成果。2.湿法缠绕用增强材料缠绕成型用增强材料主要玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维。玻璃纤维是应用最早的增强材料,最初是普通的E玻璃纤维。上世纪60年代高强玻璃纤维问世,立即得到广泛应用。芳纶纤维问世于上世纪70年代,拉伸强度与高强玻璃纤维相当,但密度只有1.45g/cm3,比强度为当时最高水平,于上世纪70～80年代成为复合材料固体火箭发动机壳体的主要增强材料。碳纤维出现比较早,但由于初期的碳纤维断裂延伸率较低,限制了其在许多结构材料领域的应用。

7、另外,碳纤维的密度较大,影响了该种纤维的竞争力。由于在湿法缠绕中树脂基体不允许添加非活性的溶剂而粘度较大,为保证缠绕过程中增强材料被充分浸透,相对于干法缠绕,湿法缠绕要求增强材料有更好的浸润性。在以上3种主要增强材料中玻璃纤维对树脂的浸润性最好,因此较适应于湿法缠绕工艺。芳纶纤维属有机纤维,其横断面是典型的“皮芯”结构,皮层是刚性聚合物大分子伸直排列成较为完善的原纤结构,包围着较为松散的微晶芯层结构。该结构决定了纤维的纵向强度较高,横向强度低而易发生纤维劈裂。湿法缠绕工艺使浸渍树脂的纤维直接缠绕在芯模上,简化了预浸渍后的卷纱工序,减少了纤维卷绕中表层损伤

8、的机会。美国与原苏联的芳纶纤维缠绕固体火箭发动机壳体大都采用湿法缠绕工艺成型。碳