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目 录. 7.1 概述 7.2 芯模 7.3 缠绕规律 7.4 缠绕工艺设计 7.5 锥体缠绕. 概 述. 7.1.1 纤维缠绕工艺的分类 7.1.2 纤维缠绕增强塑料制品的优点 7.1.3 原材料 7.1.4 纤维缠绕工艺的应用. 7.1 概述. 7.1.1 纤维缠绕工艺 (Filament Winding) 及其分类. 缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。. 缠绕工艺流程图. 根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。.

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  1. 目 录 • 7.1 概述 • 7.2芯模 • 7.3缠绕规律 • 7.4 缠绕工艺设计 • 7.5 锥体缠绕

  2. 概 述 • 7.1.1纤维缠绕工艺的分类 • 7.1.2纤维缠绕增强塑料制品的优点 • 7.1.3原材料 • 7.1.4纤维缠绕工艺的应用

  3. 7.1 概述 7.1.1 纤维缠绕工艺(Filament Winding)及其分类 缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。

  4. 缠绕工艺流程图

  5. 根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。 1. 干法缠绕 干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。 优点：干法缠绕能够准确地控制产品质量；生产效率高，缠绕速度可达100～200m/min；缠绕机清洁，劳动卫生条件好，产品质量高。 缺点：投资较大；制品层间剪切强度较低。

  6. 2. 湿法缠绕 湿法缠绕是将无捻粗纱（或预浸布带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。 优点：①成本比干法缠绕低40%；②产品气密性好；③纤维排列平行度好；④缠绕时树脂胶液可减少纤维磨损；⑤生产效率高（达200m/min）⑥此法所用设备较简单，对原材料要求不高。

  7. 缺点：①树脂浪费大，操作环境差；②含胶量及成品质量不易控制；③固化时易产生起泡； ④缠绕设备如浸胶辊、张力控制辊等要经常维护。

  8. 3. 半干法缠绕 半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模的途中，增加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶剂除去。与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，可使制品中的气泡含量降低。半干法使缠绕过程可以在室温下进行，这样既除去了溶剂，又提高了缠绕速度和制品质量。 三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。 缠绕法成型的示意图

  9. 7.1.2 纤维缠绕增强塑料制品的优点 纤维缠绕成型的优点 ①能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度； ②比强度高：一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻40-60%。

  10. 思考题：为什么纤维缠绕制品的强度比其他成型工艺制品的强度都高？思考题：为什么纤维缠绕制品的强度比其他成型工艺制品的强度都高？ 1）一般材料的表面缺陷是影响其强度的重要因素。 2）一般材料的表面缺陷是影响其强度的重要因素。

  11. 3）缠绕成型避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中。3）缠绕成型避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中。 4）缠绕成型，可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构。 5）缠绕成型可使增强材料纤维含量高达80％。

  12. ③可靠性高 ④生产效率高：采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快（240m/min），故劳动生产率高； ⑤成本低

  13. 缠绕成型的缺点 ①缠绕成型适应性小，不能缠任意结构形式的制品，特别是表面有凹的制品； ②缠绕成型需要有缠绕机，芯模，固化加热炉，脱模机及熟练的技术工人，需要的投资大，技术要求高，因此，只有大批量生产时才能降低成本，才能获得较大的技术经济效益。

  14. 7.1.3 原材料 缠绕成型的原材料主要是纤维增强材料、树脂和填料。 选择原则： 缠绕制品的使用性能要求、工艺性、经济性。

  15. 增强材料 • 缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱：如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等。

  16. 选用要求： （1） 航空和航天制品多选用性能优异价格昂贵的炭纤维和芳纶纤维。 （2）满足制品的性能要求。 （3）纤维必须进行表面处理。 （4）与树脂浸渍性好。 （5）各股纤维张力均匀； （6）成带性好，不起毛不断头。

  17. 2. 树脂基体 树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。 不饱和聚酯树脂 环氧树脂 双马来酰亚胺树脂

  18. 选用要求： • 工艺性好。 • 树脂基体的断裂伸长率与增强材料相匹配，以便获得满意的力学性能。 • 固化收缩率和毒性刺激性小。 • 来源广、价格低。

  19. 3. 填料 作用：加入后能改善树脂基体的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性和降低收缩率等。 如：在胶液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的刚性，减小密度降低成本等。在生产大口径地埋管道时，常加入30%石英砂，用以提高产品的刚性和降低成本。 注：为了提高填料和树脂之间的粘接强度，填料要保证清洁和表面活性处理。

  20. 7.1.4 纤维缠绕工艺的应用 1.缠绕成型技术发展现状 纤维缠绕工艺最早是在1947年美国开始研究的。 美国宇航局和空军材料实验室研制成功复合材料固体火箭发动机壳体。

  21. 我国在1962－1963年总结出纤维缠绕规律，设计出可缠绕各种压力容器的链条式缠绕机，揭开了我国缠绕成型技术的历史。我国在1962－1963年总结出纤维缠绕规律，设计出可缠绕各种压力容器的链条式缠绕机，揭开了我国缠绕成型技术的历史。 80年代以后，我国自行设计制造的缠绕机技术已达到国际水平，现已进入国际市场。

  22. 2. 纤维缠绕工艺的应用 （1）军工和空间技术应用 应用于军工和空间技术方面的复合材料缠绕制品要求精密、可靠、重量轻及经济等。 应用实例：固体火箭发动机壳体；固体火箭发动机烧蚀衬套；火箭发射筒；飞机机头雷达罩等。

  23. Polaris 北极星潜地战略导弹 (A1/A2/A3)规格：长９.６米；宽１.３７米   射程：２４８４海里,,４６００公里,,发射重量：１５８５０公斤 发射方式：二节推进；固态燃料  导引系统：惯性  弹头：３枚当量各２０万吨多重重返大气层载具弹头 北极星A1

  24. 北极星A2

  25. 北极星A3

  26. EPKM（“长征二号E远地点发动机”的英文简称）是原中国航天工业总公司河西化工机械公司研制开发的近地点发动机（图1），配合长征二号E捆绑式火箭承担外星发射任务。EPKM（“长征二号E远地点发动机”的英文简称）是原中国航天工业总公司河西化工机械公司研制开发的近地点发动机（图1），配合长征二号E捆绑式火箭承担外星发射任务。 燃烧室壳体材料为玻璃纤维增强塑料，采用纤维缠绕方式。

  27. 随着复合材料的发展，固体火箭发动机壳体大量采用新型增强纤维/树脂复合材料缠绕成型。未来反舰导弹将采用合金钢/纤维缠绕复合壁，以减轻重量，增加强度，改善导弹目标红外特性。

  28. （2）民品方面的应用 主要表现为轻质、高强、防腐、耐久、实用、经济等方面，已开发的产品有高压气瓶、防腐管道、贮罐、撑竿、汽车板簧等。 最具代表性的为：

  29. ①压力容器 有受内压容器(如各种气瓶)和受外压容器(如鱼雷)两种。目前压力容器应用广泛，如宇航、火箭、飞机、舰艇等运载工具及医疗等方面都有应用。 ②化工管道 用于输送石油、水、天然气、化工流体介质等，它可部分代替不锈钢，具有轻质、高强、防腐、耐久、方便的特点。

  30. ③贮罐槽车 各种用以运输或贮存酸、碱、盐、油介质的贮罐、槽车，具有耐腐蚀性好、重量轻、成型方便等优点。

  31. 焦化厂用的泡罩塔PVC-FRP

  32. 意大利迪利亚斯达的葡萄酒酿造设备

  33. 大庆乙烯工程制造的盐酸聍槽

  34. 法国SB公司设计制造的FRP-PP

  35. 武钢冷轧回收塔是依DIN标准设计制造的受压容器武钢冷轧回收塔是依DIN标准设计制造的受压容器 按NF标准为法国SB公司设计制造的秦皇岛中阿磷铵洗涤塔

  36. 玻璃钢大型贮罐

  37. 岳化1000立方米贮罐制作现场

  38. 7.2 芯模（Mandrel） 7.2.1芯模材料 7.2.2 芯模的结构形式 7.2.3芯模设计

  39. 7.2.1 芯模材料 　　成型中空制品的内模称芯模。一般情况下，缠绕制品固化后，芯模要从制品内脱出。

  40. 芯模设计的基本要求 ①要有足够的强度和刚度，能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷，如自重、制品重，缠绕张力，固化应力，二次加工时的切削力等；②能满足制品形状和尺寸精度要求，如形状尺寸，同心度、椭圆度、锥度（脱模），表面光洁度和平整度等；③保证产品固化后，能顺利从制品中脱出；④制造简单，造价便宜，取材方便。

  41. 1. 常用芯模材料 缠绕成型芯模材料分两类：熔、溶性材料和组装式材料。熔、溶性材料是指石蜡，水溶性聚乙烯醇，低熔点金属等。

  42. 组装式芯模材料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等。另外还有内衬材料，内衬材料是制品的组成部分，固化后不从制品中取出，内衬材料的作用主要是防腐和密封，当然也可以起到芯模作用，属于这类材料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。组装式芯模材料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等。另外还有内衬材料，内衬材料是制品的组成部分，固化后不从制品中取出，内衬材料的作用主要是防腐和密封，当然也可以起到芯模作用，属于这类材料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。

  43. This huge aluminum mandrel is used to filament wind the payload fairing for the Boeing Delta IV launch vehicle.

  44. 2. 芯模材料对纤维缠绕制品的影响 芯模材料的膨胀系数影响制品固化后的尺寸精度； 芯模材料的弹性模量影响制品的力学性能及尺寸精度； 芯模材料的导热高低将影响制品的固化度； 芯模中的水分，严重影响树脂系统的固化。

  45. 石膏芯模与金属芯模相比有如下特点： 缺点：强度低、导热性差； 优点：价格低廉、成型工艺简单、容易制成各种复杂的形状，特别对不宜进行机械加工的大型制品更为适宜。

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