纏繞成型工藝實施
纖維纏繞制品的一般工藝流程圖6-1:
一 原材料準備
纏繞前，需按照相關成型工藝指導文件的具體要求對增強材料、樹脂基體及其它輔助材料的名稱、規格型號、生產廠家等進行復查。
增強材料（包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、布、氈等）通常應檢查纖維的類型、線密度、浸潤劑類型、有無加捻等指標。必要時需按照相關標準復測其強度、密度、含油率、含水量等指標。
纖維在使用前需進行烘干處理，根據其紗團大小一般在60℃-80℃的烘箱內干燥24~48小時。芳綸纖維極易吸水，所以在使用過程中應采用密封、加熱的方式，使之與濕氣隔絕。
樹脂基體（包括環氧樹脂、不飽和聚脂樹脂、乙烯基脂樹脂等）在使用前通常應檢查樹脂種類、牌號、生產廠家等是否與工藝指導文件規定的一致，并依據作業指導文件對外觀、粘度、生產日期等規定的指標進行復測。
環氧樹脂通常需復測的指標主要有環氧值、羥值、氯含量、粘度等。不飽和聚脂樹脂通常需復測的指標主要有粘度、酸值、固體含量、 羥值、反應活性、凝膠時間、80℃下樹脂熱穩定性等。
樹脂固化物的性能對復合材料制品的性能影響較大，通常需進行力學性能、熱穩定性、澆鑄體硬度、熱變形溫度等檢測。確認滿足性能指標要求后方可使用。
二 膠液配制
根據工藝設計文件要求先選用合適量程的天平、臺秤、磅秤、電子秤等進行各組分的稱量。按照配方要求向樹脂基體中依次加入溶劑、固化劑、促進劑或其它輔助材料，經人工或攪拌器充分攪拌均勻后方可使用?？紤]到不同樹脂體系適用期不同，一次配制的膠液數量不能過多，以免造成浪費。
應特別注意的是配制不飽和聚醋樹脂體系前，需按照當時的環境溫度情況調節固化劑、促進劑的用量，測試凝膠時間，使樹脂具有較合適的使用期。不飽和聚聚樹脂的固化劑和促進劑不能直接混合，以免發生危險。
三 設備檢驗、調試和程序的輸入
纏繞前需對纏繞機進行必要的檢驗、調試和程序輸入等工作。
（1)設備檢驗
對纏繞機進行空轉，檢查機械系統（纏繞機架、電機、傳動系統等）、控制系統、輔助系統（紗架、膠槽、加熱器等）、張力控制系統（傳感器、控制器、測控系統）的運轉情況。如發現異常情況應停止使用，并及時修理。
（2）纏繞線型設計與調試
安裝纏繞芯模，并將有關設計參數輸入纏繞機。機械式纏繞機的纏繞線型主要由機械系統來控制，通過調節掛輪比、鏈條等獲得需要的纏繞線型。數控纏繞機的纏繞線型通過數控系統如SIEMENS810、SIEMENS840D等來實現。纏繞時通過專用的纏繞軟件，如CADWIND、CADFIL等來進行線型設計。線型調試時，將芯模安裝到纏繞機上，進行預定線型纏繞，保證不出現紗片離縫、滑線等現象。
（3）輔助設備安裝調試
對紗架、膠槽、繞絲嘴、加熱器等輔助設備進行檢驗，確保運轉正常，過紗路徑光滑，不影響纏繞制品的質量。
四 芯模的處理和安裝
1、金屬芯模的準備
(1）在纏繞前先要清除金屬表面的油污，用丙酮或乙酸乙脂清洗干凈。如果有鐵銹，先用砂紙打光芯模表面，而后再清洗干凈。
（2）在清洗千凈的芯模表面涂敷脫模劑。脫模劑的種類很多，如聚乙烯醇、有機硅類、醋酸纖維素、聚酯薄膜、玻璃紙等，應嚴格按照不同脫模劑的使用方法進行涂敷操作。初次使用的模具應反復涂敷幾次。
2.石膏芯模的準備
（1)將己做好的石膏芯模表面涂敷一層膠液，用樹脂或油漆均可。主要是將里面的小氣孔封閉，待固化后，然后再涂上一層或數層聚乙烯醇，充分涼置后待用。
(2）另一種方法是，將已做好的石膏芯模表面糊上一層玻璃紙，趕出里面的氣泡，待用。
（3)石膏芯模不適合固化溫度高于150℃的產品。
3、水溶性芯模的準備
制作水溶性芯模常用的粘接劑主要有聚乙烯醇和硅酸鈉。制品固化溫度低（小于150℃）時，常用聚乙烯醇體系。固化溫度較高（高于150℃）時，常用硅酸鈉體系。水溶性芯模在使用前處理方法與石膏芯模類似。
五 纏繞成型
（1)纏繞前先進行纖維張力的調節，用張力器測量纖維張力，并對張力控制機構進行調節，以達到工藝文件規定的張力精度。
(2）將膠液倒入膠槽中，使纖維經過浸膠槽和擠膠輥，然后將己浸膠的多根纖維分成若干組，通過分紗裝置后集束，引入繞絲嘴。
（3）按設計要求進行設定線型的纏繞，并隨時調節浸膠裝置控制纖維帶膠量。纏繞時隨時將產品表面多余的膠液刮掉，并觀察排紗狀況，如遇紗片滑移、重疊或出現縫隙等情況，應及時停車處理。
（4)纏繞中應不斷的調節張力，不斷的添加新膠液，清除膠輥上的紗毛和滴落在纏繞設備上的膠液，保持整個生產線的清潔衛生，做到文明生產。
（5)當纏繞即將結束時，測其厚度，達到設計要求時即可停機。
(6)將產品卸下，進入固化爐或放置室溫下固化。
六 固化
產品固化應嚴格按照工藝規定的固化制度進行。將產品放于烘箱、固化爐、真空罐或常溫下固化。產品視其需要可采用水平放置、垂直放置或旋轉放置的方式，按己確定的固化制度進行固化。在固化過程中要嚴格遵守操作規程，隨時檢查和調試溫度，如遇溫度過高、過低或升溫過快等情況應停止固化，及時檢修設備。固化結束后，通常自然冷卻。嚴禁高溫出爐，出爐溫度過高會使產品收縮產生裂縫，影響產品質量。
七 脫模
制品固化后要將其中的芯模脫除，根據芯模的結構形式不同其脫模的方法也不相同。
1金屬芯模：一般采用機械脫模方式，如制作復合材料管道時，需通過脫模設備將金屬芯模拔出。
2組合模具：需先將模具拆散，然后小心的移除，注意不要碰傷產品。
3水洗砂芯模：需先用水將砂芯模部分沖掉，然后脫除金屬軸。有時為了脫模方便，常采用熱水高壓沖洗。
八 產品加工與修整
復合材料制品一般都需要機械加工，基本上沿用了對金屬材料的一套加工方法，如車、銑、飽、磨、鉆等，可以在一般木材加工機床或金屬切削機床上進行。由于復合材料的性質與金屬不同，因此在機械加工上有其特殊性。
1.制品有硬度高的纖維增強材料和軟質的樹脂組成，切削加工時是軟硬相間，斷續切削，每分鐘可達百萬次以上沖擊，致使切削條件惡化，刀具磨損嚴重。
2.由于復合材料制品導熱性差，在切削過程中金屬刀具和復合材料摩擦產生的熱無法及時傳遞出去，極易造成局部過熱，致使刀具發生退火，硬度下降，加速刀具的磨損，縮短使用壽命，因此要求刀具耐熱和耐磨性要好。
3.纏繞制品在加工時，由于其纏繞成型的特點和加工中的過熱及震動，容易產生分層、起皮、撕裂等現象，所以要考慮切削力方向，選擇適當的切削速度。
4.復合材料制品中的樹脂不耐高溫，高速切削時膠粘狀碎屑遇冷又硬化，碎屑極易粘刀，所以切削速度不能太高。
5.制品在機械加工過程中，會產生大量粉塵，因此必須采取有效的除塵通風措施。
九 影響制品質量的因素
纏繞成型過程是一個非常復雜的工序，許多工藝參數都對制品的質量有很大影響。
1、纏繞張力
纏繞張力是纏繞工藝的重要參數。張力大小、各束纖維間張力的均勻性，以及各纏繞層之間纖維張力的均勻性都對制品質量影響極大。因此，纏繞過程中必須嚴格控制纖維纏繞張力大小。
纏繞張力的大小與纏繞速度、纖維路徑的摩擦程度、纖維路徑的彎曲程度等有較大關系。因此，纏繞過程中應隨時注意纖維張力的變化，將纖維張力調節在工藝設計規定的范圍內。
濕法纏繞宜在纖維浸膠后施加張力，干法纏繞宜在紗團上施加。在纖維通過張力輥時，好用梳子將各股纖維分開，以免打捻和磨損，輥子小直徑約50mm。張力器上的輥過多，纖維多次彎曲會降低強度。
在纏繞厚度較大的制品時應采取逐層遞減的張力制度，避免外層纖維張力過大將內層纖維壓曲折。
2、纏繞速度
纏繞速度是指纖維紗纏繞到芯模上的線速度。纏繞速度直接影響到生產效率，纏繞速度過慢，生產效率會很低，但是要提高纏繞速度，必須以能夠維持正常的操作為前提。
濕法纏繞中，纏繞速度受到纖維浸膠時間的限制，勢必造成纖維浸膠不足；另外，纏繞速度過快，芯模轉速太高，容易造成膠液在離心力的作用下向外飛濺，通常情況下，纏繞速度不宜超過0. 9m/S.
干法纏繞中的纏繞速度要高于濕法纏繞，但同樣也有限制條件，主要是保證預浸料加熱到所需粘度。
3、環境溫度、濕度
纏繞過程中環境的溫度、濕度對制品有很大影響，樹脂膠液粘度隨溫度降低而增大，為保證膠紗在纏繞過程中的浸漬效果，同時也避免某些固化劑的低溫析出，故纖維纏繞過程中一定要控制在15℃以上，可用紅外線燈燒烤制品表面，以保證表面溫度在40°C左右?？捎行岣咧破焚|量。
纏繞過程中濕度不應過大，否則纖維吸潮后纏繞到制品上會產生纖維與樹脂間粘接力降低，加速制品的老化等問題。
4、膠液浸漬及含量控制
復合材料制品中膠液含量的高低變化及分布對纖維纏繞制品性能影響很大：一是直接影響對制品質量和厚度的控制；二是從強度角度看，含膠量過高，使制品復合強度降低。含膠量過低，制品空隙率增加，使制品氣密性、耐老化性能及剪切強度下降，同時也影響纖維強度的發揮。此外，膠液含量過大的變化會引起不均勻的應力分布，并在某些區域引起破壞，因此纖維浸膠過程必須嚴格控制。含膠量大小，須根據制品使用要求而定。
為了保證纖維浸漬充分，樹脂含量均勻。采用加熱（膠槽恒溫）和加入稀釋劑可以有效控制膠液粘度，但都帶來一定副作用，提高溫度會縮短樹脂膠液的使用期，加入溶劑，在成型時若去除不干凈會在制品表面形成氣泡，影響制品強度。但如果選擇合適的加熱溫度和易揮發的溶劑，或以稀釋劑代替普通溶劑，對膠紗采用烘干措施等，上述問題會得到克服。為保證纖維浸膠透徹，要求樹脂粘度控制在0.35~1．0Pa ．s。同時，纏繞過程中應注意隨時將制品表面多余的樹脂用刮膠板去除干凈。
一 原材料準備
纏繞前，需按照相關成型工藝指導文件的具體要求對增強材料、樹脂基體及其它輔助材料的名稱、規格型號、生產廠家等進行復查。
增強材料（包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、布、氈等）通常應檢查纖維的類型、線密度、浸潤劑類型、有無加捻等指標。必要時需按照相關標準復測其強度、密度、含油率、含水量等指標。
纖維在使用前需進行烘干處理，根據其紗團大小一般在60℃-80℃的烘箱內干燥24~48小時。芳綸纖維極易吸水，所以在使用過程中應采用密封、加熱的方式，使之與濕氣隔絕。
樹脂基體（包括環氧樹脂、不飽和聚脂樹脂、乙烯基脂樹脂等）在使用前通常應檢查樹脂種類、牌號、生產廠家等是否與工藝指導文件規定的一致，并依據作業指導文件對外觀、粘度、生產日期等規定的指標進行復測。
環氧樹脂通常需復測的指標主要有環氧值、羥值、氯含量、粘度等。不飽和聚脂樹脂通常需復測的指標主要有粘度、酸值、固體含量、 羥值、反應活性、凝膠時間、80℃下樹脂熱穩定性等。
樹脂固化物的性能對復合材料制品的性能影響較大，通常需進行力學性能、熱穩定性、澆鑄體硬度、熱變形溫度等檢測。確認滿足性能指標要求后方可使用。
二 膠液配制
根據工藝設計文件要求先選用合適量程的天平、臺秤、磅秤、電子秤等進行各組分的稱量。按照配方要求向樹脂基體中依次加入溶劑、固化劑、促進劑或其它輔助材料，經人工或攪拌器充分攪拌均勻后方可使用?？紤]到不同樹脂體系適用期不同，一次配制的膠液數量不能過多，以免造成浪費。
應特別注意的是配制不飽和聚醋樹脂體系前，需按照當時的環境溫度情況調節固化劑、促進劑的用量，測試凝膠時間，使樹脂具有較合適的使用期。不飽和聚聚樹脂的固化劑和促進劑不能直接混合，以免發生危險。
三 設備檢驗、調試和程序的輸入
纏繞前需對纏繞機進行必要的檢驗、調試和程序輸入等工作。
（1)設備檢驗
對纏繞機進行空轉，檢查機械系統（纏繞機架、電機、傳動系統等）、控制系統、輔助系統（紗架、膠槽、加熱器等）、張力控制系統（傳感器、控制器、測控系統）的運轉情況。如發現異常情況應停止使用，并及時修理。
（2）纏繞線型設計與調試
安裝纏繞芯模，并將有關設計參數輸入纏繞機。機械式纏繞機的纏繞線型主要由機械系統來控制，通過調節掛輪比、鏈條等獲得需要的纏繞線型。數控纏繞機的纏繞線型通過數控系統如SIEMENS810、SIEMENS840D等來實現。纏繞時通過專用的纏繞軟件，如CADWIND、CADFIL等來進行線型設計。線型調試時，將芯模安裝到纏繞機上，進行預定線型纏繞，保證不出現紗片離縫、滑線等現象。
（3）輔助設備安裝調試
對紗架、膠槽、繞絲嘴、加熱器等輔助設備進行檢驗，確保運轉正常，過紗路徑光滑，不影響纏繞制品的質量。
四 芯模的處理和安裝
1、金屬芯模的準備
(1）在纏繞前先要清除金屬表面的油污，用丙酮或乙酸乙脂清洗干凈。如果有鐵銹，先用砂紙打光芯模表面，而后再清洗干凈。
（2）在清洗千凈的芯模表面涂敷脫模劑。脫模劑的種類很多，如聚乙烯醇、有機硅類、醋酸纖維素、聚酯薄膜、玻璃紙等，應嚴格按照不同脫模劑的使用方法進行涂敷操作。初次使用的模具應反復涂敷幾次。
2.石膏芯模的準備
（1)將己做好的石膏芯模表面涂敷一層膠液，用樹脂或油漆均可。主要是將里面的小氣孔封閉，待固化后，然后再涂上一層或數層聚乙烯醇，充分涼置后待用。
(2）另一種方法是，將已做好的石膏芯模表面糊上一層玻璃紙，趕出里面的氣泡，待用。
（3)石膏芯模不適合固化溫度高于150℃的產品。
3、水溶性芯模的準備
制作水溶性芯模常用的粘接劑主要有聚乙烯醇和硅酸鈉。制品固化溫度低（小于150℃）時，常用聚乙烯醇體系。固化溫度較高（高于150℃）時，常用硅酸鈉體系。水溶性芯模在使用前處理方法與石膏芯模類似。
五 纏繞成型
（1)纏繞前先進行纖維張力的調節，用張力器測量纖維張力，并對張力控制機構進行調節，以達到工藝文件規定的張力精度。
(2）將膠液倒入膠槽中，使纖維經過浸膠槽和擠膠輥，然后將己浸膠的多根纖維分成若干組，通過分紗裝置后集束，引入繞絲嘴。
（3）按設計要求進行設定線型的纏繞，并隨時調節浸膠裝置控制纖維帶膠量。纏繞時隨時將產品表面多余的膠液刮掉，并觀察排紗狀況，如遇紗片滑移、重疊或出現縫隙等情況，應及時停車處理。
（4)纏繞中應不斷的調節張力，不斷的添加新膠液，清除膠輥上的紗毛和滴落在纏繞設備上的膠液，保持整個生產線的清潔衛生，做到文明生產。
（5)當纏繞即將結束時，測其厚度，達到設計要求時即可停機。
(6)將產品卸下，進入固化爐或放置室溫下固化。
六 固化
產品固化應嚴格按照工藝規定的固化制度進行。將產品放于烘箱、固化爐、真空罐或常溫下固化。產品視其需要可采用水平放置、垂直放置或旋轉放置的方式，按己確定的固化制度進行固化。在固化過程中要嚴格遵守操作規程，隨時檢查和調試溫度，如遇溫度過高、過低或升溫過快等情況應停止固化，及時檢修設備。固化結束后，通常自然冷卻。嚴禁高溫出爐，出爐溫度過高會使產品收縮產生裂縫，影響產品質量。
七 脫模
制品固化后要將其中的芯模脫除，根據芯模的結構形式不同其脫模的方法也不相同。
1金屬芯模：一般采用機械脫模方式，如制作復合材料管道時，需通過脫模設備將金屬芯模拔出。
2組合模具：需先將模具拆散，然后小心的移除，注意不要碰傷產品。
3水洗砂芯模：需先用水將砂芯模部分沖掉，然后脫除金屬軸。有時為了脫模方便，常采用熱水高壓沖洗。
八 產品加工與修整
復合材料制品一般都需要機械加工，基本上沿用了對金屬材料的一套加工方法，如車、銑、飽、磨、鉆等，可以在一般木材加工機床或金屬切削機床上進行。由于復合材料的性質與金屬不同，因此在機械加工上有其特殊性。
1.制品有硬度高的纖維增強材料和軟質的樹脂組成，切削加工時是軟硬相間，斷續切削，每分鐘可達百萬次以上沖擊，致使切削條件惡化，刀具磨損嚴重。
2.由于復合材料制品導熱性差，在切削過程中金屬刀具和復合材料摩擦產生的熱無法及時傳遞出去，極易造成局部過熱，致使刀具發生退火，硬度下降，加速刀具的磨損，縮短使用壽命，因此要求刀具耐熱和耐磨性要好。
3.纏繞制品在加工時，由于其纏繞成型的特點和加工中的過熱及震動，容易產生分層、起皮、撕裂等現象，所以要考慮切削力方向，選擇適當的切削速度。
4.復合材料制品中的樹脂不耐高溫，高速切削時膠粘狀碎屑遇冷又硬化，碎屑極易粘刀，所以切削速度不能太高。
5.制品在機械加工過程中，會產生大量粉塵，因此必須采取有效的除塵通風措施。
九 影響制品質量的因素
纏繞成型過程是一個非常復雜的工序，許多工藝參數都對制品的質量有很大影響。
1、纏繞張力
纏繞張力是纏繞工藝的重要參數。張力大小、各束纖維間張力的均勻性，以及各纏繞層之間纖維張力的均勻性都對制品質量影響極大。因此，纏繞過程中必須嚴格控制纖維纏繞張力大小。
纏繞張力的大小與纏繞速度、纖維路徑的摩擦程度、纖維路徑的彎曲程度等有較大關系。因此，纏繞過程中應隨時注意纖維張力的變化，將纖維張力調節在工藝設計規定的范圍內。
濕法纏繞宜在纖維浸膠后施加張力，干法纏繞宜在紗團上施加。在纖維通過張力輥時，好用梳子將各股纖維分開，以免打捻和磨損，輥子小直徑約50mm。張力器上的輥過多，纖維多次彎曲會降低強度。
在纏繞厚度較大的制品時應采取逐層遞減的張力制度，避免外層纖維張力過大將內層纖維壓曲折。
2、纏繞速度
纏繞速度是指纖維紗纏繞到芯模上的線速度。纏繞速度直接影響到生產效率，纏繞速度過慢，生產效率會很低，但是要提高纏繞速度，必須以能夠維持正常的操作為前提。
濕法纏繞中，纏繞速度受到纖維浸膠時間的限制，勢必造成纖維浸膠不足；另外，纏繞速度過快，芯模轉速太高，容易造成膠液在離心力的作用下向外飛濺，通常情況下，纏繞速度不宜超過0. 9m/S.
干法纏繞中的纏繞速度要高于濕法纏繞，但同樣也有限制條件，主要是保證預浸料加熱到所需粘度。
3、環境溫度、濕度
纏繞過程中環境的溫度、濕度對制品有很大影響，樹脂膠液粘度隨溫度降低而增大，為保證膠紗在纏繞過程中的浸漬效果，同時也避免某些固化劑的低溫析出，故纖維纏繞過程中一定要控制在15℃以上，可用紅外線燈燒烤制品表面，以保證表面溫度在40°C左右?？捎行岣咧破焚|量。
纏繞過程中濕度不應過大，否則纖維吸潮后纏繞到制品上會產生纖維與樹脂間粘接力降低，加速制品的老化等問題。
4、膠液浸漬及含量控制
復合材料制品中膠液含量的高低變化及分布對纖維纏繞制品性能影響很大：一是直接影響對制品質量和厚度的控制；二是從強度角度看，含膠量過高，使制品復合強度降低。含膠量過低，制品空隙率增加，使制品氣密性、耐老化性能及剪切強度下降，同時也影響纖維強度的發揮。此外，膠液含量過大的變化會引起不均勻的應力分布，并在某些區域引起破壞，因此纖維浸膠過程必須嚴格控制。含膠量大小，須根據制品使用要求而定。
為了保證纖維浸漬充分，樹脂含量均勻。采用加熱（膠槽恒溫）和加入稀釋劑可以有效控制膠液粘度，但都帶來一定副作用，提高溫度會縮短樹脂膠液的使用期，加入溶劑，在成型時若去除不干凈會在制品表面形成氣泡，影響制品強度。但如果選擇合適的加熱溫度和易揮發的溶劑，或以稀釋劑代替普通溶劑，對膠紗采用烘干措施等，上述問題會得到克服。為保證纖維浸膠透徹，要求樹脂粘度控制在0.35~1．0Pa ．s。同時，纏繞過程中應注意隨時將制品表面多余的樹脂用刮膠板去除干凈。
