纏繞成型工藝的應用
由于纖維纏繞工藝具有許多優點,已經在國防軍工及各工業領域獲得了廣泛的應用。我國纖維纏繞工藝始于60年代初期,以軍工產品研制開始。在過去40多年間,纏繞工藝制品發展很快,得到廣泛地應用。
一、貯罐
貯運化工腐蝕液體,如堿類、鹽類、酸類等,采用鋼罐很容易腐爛滲漏,使用期限很短。改用不銹鋼成本較高,效果也不及復合材料。采用纖維纏繞地下石油貯罐,可防止石油泄漏,保護水源。用纖維纏繞工藝制成的雙層壁復合材料貯罐和管道,己在加油站獲得廣泛應用。
這類貯罐(圖1-5, 1-6)和管道通常用E玻璃纖維/不飽和聚醋樹脂制成,在制造過程中可通過加入石英砂或其它填料來提高剛度,降低制造成本。
二、管道
纖維纏繞管道制品(圖1-7)因其強度高、整體性好、綜合性能優異、容易實現高效的工業化生產,綜合運營成本較低而被廣泛地應用于煉油廠管道、石油化工防腐管道、輸水管道、天然氣管道和固體顆粒(如粉煤灰和礦物)輸送管道等方面。
目前,美國各地用的纖維纏繞管道總長占整個運輸工具的三分之一,所負擔供應的能量(包括石油、天然氣、煤、電)占需用量的一半以上。在我國工業生產中業己大量地采用纖維纏繞管道,而且市場需求量巨大,前景廣闊。
三、壓力制品
纖維纏繞工藝可用于制造承受壓力(內壓、外壓或兩者兼俱)的壓力容器(包括球形容器)和壓力管道制品。
纏繞壓力容器多用于軍工方面,如固體火箭發動機殼體、液體火箭發動機殼體、壓力容器、深水外壓殼體等。纏繞壓力管道可充裝液體和氣體,在一定壓力作用下不滲漏、不破壞,如海水淡化反滲透管(圖1-8)和火箭發射管等。先進復合材料的的優異特性使纖維纏繞工藝制備的多種規格火箭發動機殼體(圖1-9)和燃料儲箱(圖1-10)得到成功的應用,成為現在乃至將來發動機發展的主方向。它們包括小到直徑只有幾厘米的調姿發動機殼體,大到到直徑3米的大型運輸火箭的發動機殼體。
纖維纏繞復合材料壓力容器已在航空、航天、造船等領域獲得廣泛應用。用碳纖維和芳綸纖維纏繞的薄壁金屬內襯高壓容器以其高結構效率、高性價比優勢成為航天飛機和人造地球衛星的選。所用的內襯材料包括不銹鋼、欽合金、鋁合金和熱塑性塑料等。容器充裝的介質有氮氣、氧氣和氫氣和氦氣,形狀多為環形、球形和扁橢球形(圖1-11),直徑范圍從0.3-1.01米。
小型壓力容器己在個人生命保障系統獲得成功應用。屬于這類用途的容器有消防員供氧器(圖1-13)、登山隊員的供氧器等。這類容器大多用芳綸纖維/環氧樹脂或玻璃纖維/環氧樹脂制成,具有重量輕、便于攜帶、高疲勞壽命和高可靠性的綜合特性。纖維纏繞工藝制造的壓縮天然氣(CNG)氣瓶(圖1一12),己經成為標志性的新型能源載體。
四、機械、電氣用品
在機械工程上有時需要輕質高強的部件,如新型無梭紡織機上的劍桿,是代替“梭子”穿線的,來回往復速度快,要求輕質、高強、剛度大,在此方面纖維纏繞工藝制備的碳纖維/環氧復合材料管具有其它材料無法比擬的優勢。
復合材料傳動軸是為宇航工業提出并得到應用的,主要用于直升飛機,如尾旋翼長套軸、主旋翼厚壁傳動軸等。1986年冷卻塔工業開始采用復合材料傳動軸,這種傳動軸的主要優點為耐腐蝕、重量輕、振動小、壽命長。
電氣設備中的開關裝置、高壓熔斷器管、回路斷路器及高壓絕緣體等均可采用纖維纏繞工藝制造,在這些制品中纖維纏復合材料爆破強度高,電絕緣性能好的特點得到充分的發揮。此外大型電機上的綁環和護環、車用飛輪轉子(圖1-14)等也是纖維纏繞復合材料制造的,其比強度高、線膨脹系數小、蠕變率低,絕緣性能良好、非磁性和性價比遠優于無磁鋼。
纖維纏繞復合材料在電氣工程上應用很廣,可用纖維纏繞技術制造輸配電電線桿、天線桿(圖1-15)及工程車臂桿等。
五、體育醫療器材
纖維纏繞制品在體育器材方面的應用,會使競技體育提高到一個新的水平,所以發達在這方面均有大量人力與資金的投入。如纖維纏繞高爾夫球拍桿、滑雪杖、羽毛球拍桿(圖1-16)、獵槍管均可采用碳纖維/環氧復合材料制造。











































