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1、环氧复合材料缠绕制品是将连续纤维粗纱或布带浸渍环氧胶液后，在设定的纤维张力下，按照预定的缠绕规律连续地缠绕在芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下固化而制成的中空回转体制品，如管、筒、罐、压力容器等。环氧复合材料缠绕制品(一)概述1一、概述环氧复合材料缠绕制品是将连续纤维粗纱或布带浸渍环氧胶液后，在设定的纤维张力下，按照预定的缠绕规律连续地缠绕在芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下固化而制成的中空回转体制品，如管、筒、罐、压力容器等。1、缠绕成型工艺的类型 (1)干法缠绕纤维浸胶后烘干制成预浸带。缠绕时加热软化后绕制在芯模或内衬上，经固化而成。其特点是含胶量易控制，制品质量均匀、稳定，工艺过程易
2、控制可提高缠绕速度，成型过程中设备和场地较清洁，易实现机械化、自动化。但要求所用的固化剂(尤其是酸酐和芳香胺类)在预浸料烘干时不升华或挥发。缠绕设备较复杂，投资大。多用于航天、航空制品。 (2)湿法缠绕纤维浸胶后直接缠绕到芯模或内衬上，经固化而成。中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-)专家介绍说，其特点是设备简单，对原材料的要求没有干法那么严。但因纤维浸胶后马上缠绕，所以对预浸带的质量不易控制和检验，溶剂含量较多，固化时易生成气泡。张力也不剔空制，制品质量相对较差，工作条件也较脏。由于投资少，成本低(约为干法的60%)，我国应用较多。主要用于民品的生产。 (3)半干法缠绕它比湿法增加了烘
3、干工序，比干法减少了烘干时间，降低了预浸带的烘干程度，减去了预浸带的络纱、收卷和加热软化工序。使缠绕可在室温下进行。这样既除去了大部分溶剂，又提高了生产效率，减少了设备，提高制品质量。 2、缠绕制品的特点除具有一般玻璃钢的特点外，还有以下特点： (1)纤维含量可高达80，故其比强度高于其他玻璃钢。 (2)质量稳定，易于机械化、自动化，生产效率高，便于大规模生产。 (3)大量采用无捻粗纱，故成本较低。 (4)各向异性显著，纵向强度高，横向及层间强度低。 (5)缠绕制品开孔处应力集中程度高，应作局部加强处理，连接配件复杂。 (6)到目前为止仍局限于生产正曲率回转体。对非回转体或负曲率回转体制品的缠
4、绕较复杂，尚处在研究阶段。环氧复合材料缠绕制品(一)概述23、绕制品的结构大体上分为3种 (1)内衬层内衬层直接与工作介质相接触，起防腐、防渗、耐温的作用。要求内衬材料具有优良的气密性，耐腐蚀性和一定的耐热性。据中国环氧树脂行业协会(ww.epoxy-)专家介绍，根据工作介质的种类、浓度、温度等要求来选择内衬材料，常用的有玻璃钢、橡胶、塑料和金属等。 (2)结构层又称为增强层。其作用主要是保证制品在受力时有足够的强度、刚度和稳定性。由环氧基体和缠绕的纤维组成。载荷主要由纤维承担。应根据工作载荷选择纤维的品种和规格。结构层的承载能力还与纤维缠绕方向有关。应通过结构计算来确定。对内压容器要使环向强
5、度与轴向强度之比近似等于由载荷产生的环向应力与轴向应力之比。通常多采用螺旋缠绕和环向缠绕相结合的纤维铺设方式。由螺旋缠绕纤维承受轴向应力，环向缠绕纤维则主要承受环向压力。对外压容器(如地下贮罐等)则用加筋来提高结构层的承压能力，防止制品变形。对民用产品还可用夹层结构(如夹砂层)来降低成本，改进性能。如玻璃钢夹砂管。但其基体多采用不饱和聚酯树脂。 (3)外保护层对露天使用的制品尤为重要。在配方设计中应提高其耐老化性能。如环氧树脂及固化剂品种的选择，采用防老化剂等。 4、绕制品的应用 (1)化工管道用来输送石油、水、天然气和其它化工液体。具有防腐、轻质、高强、耐用、安装维修方便等特点，可部分取代不
6、锈钢。 (2)大型贮罐和槽车用来贮存和运送酸、碱、盐及油类等液体介质。具有轻质、耐腐、维修方便等特点。 (3)压力容器有内压容器(如各种气瓶)和外压容器(如鱼雷)两种，在军工和民用方面得到广泛应用。 (4)航空航天制品如火箭发动机壳体、MX导弹石墨/环氧复合材料发射筒(内径2489mm，长14046mm，重7257kg)、雷达罩等。其特点是质量轻、强度和模量高。常用的纤维是S玻纤、芳纶纤维和碳纤维。环氧复合材料缠绕制品(二) 二、原材料 1、纤维及其织物 应用最多的是无碱玻纤无捻粗纱，如8-40/20及8-40/40无碱无捻粗纱。这种纱强度高，浸润性好，与树脂粘结性好，价格低。但缠绕时易起毛、
7、断头。张力控制较难。若对强度要求高时可用有捻纱、布带或无纬带。对军工用高质量制品则选用s玻纤、芳纶纤维和碳纤维。 2、树脂胶液 初期采用不饱和聚酯较多。近些年来环氧树脂的比例增大。我国常用的环氧树脂品种及其制品的性能如表9-12所示。其中E-42的综合性能最好，应用也较多。 三、缠绕成型工艺设计 以内压容器为例，中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-)专家介绍了以下设计要素： 1、产品设计 根据产品使用和设计要求技术质量指标，进行结构选型、缠绕线型和芯模设计。内压容器通常采用有封头的筒形容器，长径比为25。这是由于缠绕线型的可调性，筒形容器很容易实现等强度，且成型工艺简单。缠绕类型可分为纵
8、向缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕三种。应根据制品的形状结构、载荷特性、强度要求、使用环境及设备情况综合考虑决定。筒形内压容器多采用螺旋缠绕；纵向缠绕与环向缠绕的组合或低缠绕角螺旋缠绕与环向缠绕的组合。 2、强度设计 通过计算确定容器在所规定的载荷下能长期正常工作的最少纤维含量。为此必须使容器的两个主应力方向(环向及纵向)达到等强度。等强度可通过合理的环向和纵向纤维含量配比来实现。如采用螺旋缠绕与环向缠绕组合的方式，则应算出环向和螺旋向纤维的缠绕层数。 3、缠绕张力制度计算 纤维在受张力状态下进行缠绕。后缠上去的纤维势必对先缠上去的那层纤维产生径向压力，迫使已缠纤维层在径向产生压缩变形，使内层纤维松弛
9、。产生内松外紧现象。这会造成内外层纤维不能同时承载，外层纤维先断，制品总体强度下降。因此需采用逐层递减张力制度。通过计算，求出每层的缠绕张力。环氧复合材料缠绕制品(三)四、缠绕成型 纤维浸胶前烘干可提高预浸带和制品的性能。烘干制度随纱的含水量和纱锭大小而异，通常无捻纱在6080烘24h即可。若采用石蜡型浸润剂的玻纤，用前需经热处理去蜡。 缠绕张力的控制。张力的大小，均匀性及逐层递减的幅度都对产品性能有很大的影响。张力的大小会影响制品的密实度、孔隙率、含胶量及强度。张力的均匀性影响到纤维是否能同时承载。若不能同时承载，则会导致绷紧的纤维因超载提前断裂。使纤维被“各个击破”，制品强度下降。中国环氧
10、树脂行业协会(www.epoxy-)专家称，应尽量选用低捻度纤维，缠绕时尽量保持纤维、纱束、预浸带之间的平行。张力逐层递减的重要性前面已有阐述，不再重复。 缠绕速度。缠绕速度太快会造成纤维断头，磨损严重，设备失稳，“甩胶”和浸胶不良等现象。缠绕速度太慢，生产效率太低。通常湿法缠绕速度控制在2550m/min。干法缠绕速度可控制在100200m/min。环境温度应高于15，以保证浸胶纱在制品上进一步浸渍，防止固化剂析出。用红外灯加热制品表面(约40)可有效地提高产品质量。 内压容器和含胶量一般为1824，低于一般玻璃钢制品，含胶量与胶液黏度有关，可通过胶槽水浴温度及溶剂用量来调节控制。此外，缠绕
11、速度及张力大小对含胶量也有直接影响。 固化制度包括固化温度、保温时间、升降温速度等，取决于胶液的固化性能及制品的厚度。对厚制品采用分层固化较好。 环氧复合材料缠绕制品(四)五、缠绕成型常见缺陷、原因及解决措施 1、制品中气泡太多 (1)缠绕时气泡没全部赶完。应每层缠绕时都要用辊子反复辊压。辊子应做成环向锯齿形或纵向槽形。 (2)胶液黏度太大，卷入的空气泡不易被赶出，应适当稀释之。 (3)增强材料选择不当，应更换之。 (4)操作工艺不当，应根据树脂和纤维种类的不同，选择合适的浸胶、滚压角度等工艺方法。 2、制品分层 (1)纤维含水量大，含油量高，应烘干，热处理去蜡后再浸胶。 (2)缠绕张力太小或气泡过多。 (3)含胶量低，或黏度太大，纤维未浸透。 (4)配方不合适，导致粘结性差，或固化度低，或固化速度过快或过慢。 3.制品表面发黏 (1)固化不完全，应严格控制工艺参数。 (2)配胶时称量错误。长丝缠绕纤维增强复合材料管的内压刚度和强度特性