纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的連續(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工藝。以下著名碳纖維品牌的筆者就這三種工藝進(jìn)行比較:
1、干法纏繞:干法纏繞是采用經(jīng)過預(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(精確到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。干法纏繞工藝的最大特點(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(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,纏出來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,精確;
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)到最佳的技術(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。