歐美地區纖維纏繞技術動態和創新

    在西歐和美國,纏繞機正向著高自動化、高集成化、高產量的方向發展。CNC Technics公司為印度一流的科學技術大學――印度技術學院的復合材料中心,研發并交付了一臺帶有西門子840D控制器的六軸纖維纏繞機,這一系統采用了新的Cadfil纖維纏繞軟件用于成型軸對稱和非軸對稱構件,如管道彎頭。該公司還開發了一套名為JOKAM的控制系統,可以同時控制六個軸。這是一個低成本的控制器,幾乎不需要硬件,通用性非常高,可以運行所有常用的纏繞軟件。
    Hexagon挪威工廠纏繞LPG氣瓶的自動化生產用一個五軸BSD纏繞機,一年可生產40多萬個LPG氣瓶。只有兩個操作員看守著自動化生產線,很少需要人工干預。芯模的裝卸、樹脂液位、纖維自動結頭、切斷以及纏繞部件自動送入固化爐,全部由自動系統控制。
    美國Beko Technologies公司的一家工廠擁有一臺BSD纏繞機,每天24小時,一周7天的運轉,用來生產膜薄膜過濾器。纏繞機纏繞部件長時間運轉而沒有操作人員?如果纖維斷裂了,會有纖維斷裂傳感器顯示,電力行業和管道生產企業的客戶對這一種設備需求增長。
    很多設備都被用作FRP管道和儲罐的生產,市場對大直徑儲罐的需求越來越大。印度尼西亞完成一個特大型立式纏繞機用于制造貯酸槽,儲槽直徑為20米,高約16米。
    越來越多的工廠希望有一套完全自動化的生產工藝。BSD己經完成了一些自動系統的安裝,包括CNG的工廠,提供了內襯設備、纏繞設備和固化爐。在歐洲,BSD公司還幫助研制全自動管道生產系統,該系統可以實現芯摸的全自動操作、自動纏繞、自動裝入固化爐、再從固化爐到分離裝置的一系列動作。為了實現纖維纏繞高度自動化、高產量機械需求的增長。BSD公司研發出創新的“雙軸驅動”設備包括一個雙軸驅動纏繞機,兩個芯軸分別位于水平支架的兩側。當反面的芯軸處于維修、移除或準備纏繞狀態,傳遞系統可以旋轉180℃,讓支架另一側的芯軸進行纏繞,這有助于客戶節省時間和設備。該纏繞設備無需停機來裝上或取下芯摸,可以一直進行纏繞。
    BSD公司研發一種新的高精度浸膠槽,新型浸膠槽是為多芯軸纏繞機開發的。這些單獨的收緊臂用于每個芯軸的收緊,能抓起松散的纖維,特別是在轉動區域,可用作纖維斷裂傳感器。通常,客戶可以借助這個高質量的浸膠槽很好地調整工藝,以減少樹脂用量,提高玻纖的樹脂浸潤效果。
    德國IBK公司研發出一種已獲的新式針盤系統,能改進小角度纏繞的纖維纏繞工藝。該圓盤可以使纖維帶在芯模兩端高速運轉,減少原料損耗,縮短纏繞時間。這些針插入帶子里,可以根據芯模的直徑切割成所需長度。纏繞前,這些針被固定芯模上,產品固化后,就從上面放下。
    MVP公司已經研制出一種在纏繞過程中監控樹脂和纖維的系統,可以計算出纏繞過程中樹脂和纖維的使用量。操作人員可以及時調節浸膠槽內樹脂量,以獲得適當的樹脂和纖維比例。此外,纏繞完成后,該系統還可以記錄下原料的總使用量。
    Abaqus公司開發的用于有限元分析(FEA)的軟件包,稱為ABAQUS Wound Composites,可以讓ABAQUS/CAE程序進行纖維纏繞壓力容器的分析。公司正準備讓ABAQUS現有的用戶都用上這一新的軟件包。
    多年來,許多公司因為研發了纏繞領域的新技術和新產品而聞名,這就鼓勵更多的公司繼續從事技術創新。荷蘭一家名為Airborne Composites公司就是其中之一。該公司主要從事先進復合材料制品的生產,新產品是一種用于油氣勘探開采的復合材料管材。該管材已經取得權,產品名稱為電力和數據傳輸復合材料卷管(PDT-COIL)。這一技術可用于生產集成有電源線和光纖的連續熱塑性塑料復合材料管道。制成品可以卷曲,并用很少的接頭達到很長的連續長度。將熱塑料預浸帶纏繞在熱塑性塑料內襯上,在纏繞的同時熔融,然后再固化為堅硬的層壓材料,而無需高壓釜或固化爐。
    熱塑性塑料基體取代傳統的固性復合材料。
    ◆優良的耐化學性;◆較高的安全應力;◆“單一材料概念”:內襯、結構層和涂層是相同的熱塑性材料,不存在任何界面問題;◆更高的抗沖擊性和強度:◆更高的使用溫度。
    所有的熱塑性樹脂從聚乙烯到PPS/PEKK/PEEK都可以用來加工,碳纖維和玻瑞纖維用來達到預期的強度和硬度?,F在已經有一種新方法,可以承受管道纏繞過程中管內電源線的嚴重變形。集成的光纖用于數據的傳輸、應變和損壞的監測。
    RMC公司和另一家致力于復合材料和纏繞技術創新的公司,他們和合作伙伴SA LLC公司共同研發出新一代商用噴氣式飛機Spectrum33的樣機將在幾個月內試飛。SA公司由在復合材料纖維纏繞行業擁有豐富經驗的Linden Blue先生在該行業很有名氣,創造了這架整合有許多先進材料工藝的高級飛機。
    Spectrum33的機艙,多可乘坐1O人,高時速可達415哩,可以連續飛行2000海里,起飛總重量竟低至3311千克。在大載重時,該飛機可以在20分鐘內垂直爬升到13716米的巡航高度。
    機身的低重量帶來了優良的操縱性能,采用了先進的新一代碳纖維復合材料,采用計算機控制的纖維纏繞機制造復合材料結構件。從而減少工人在制造過程中所犯的錯誤,便于控制生產質量。
    MF Tech開發了2個版本的機器人系統――大型版本叫做Pitbull,小型的版本叫Fox。Potbull采用機器人傳送纖維,將纖維纏繞到固定的旋轉芯模上。目前的Pitbull版本可以同時進行五個部件的纏繞。Pitbull能以2m/s的速度運送150千克的原料。
    第二個系統Fox能夠帶動芯模,使它旋轉,將芯模移過固定的送料系統。Fox可以承受的大部件重量為10千克。Fox更適合于壓力容器的纏繞,而Pitbull更適合于管道結構件的纏繞。Fox能夠將瓶狀襯里移送到纏繞區,然后將纏繞好的瓶子放入固化爐或者傳送裝置上。Fox很適合自動化生產工藝,且系統占地面積不超過4平方米。用機器人系統生產多種產品,包括皮艇劃槳。MF Tech公司可以根據每個運動員的特殊需求制造劃槳。因此,一些著名的單人皮劃艇冠軍目前都使用他們公司的產品,包括獲得兩次冠軍,一次奧運會冠軍的Benoit Peschier先生。
    MF Tech公司可以提供機器人纖維纏繞系統,只是受到了商業化機器小的限制,因為目前機器人的大有效荷載約為500千克。
    纖維纏繞仍將是生產復合材料結構件的主要工藝方法,目前很多公司正在擴大其纖維纏繞生產能力,而且許多新公司也開始在某些領域引進纖維纏繞工藝。纖維纏繞工藝在擴大復合材料應用領域以及新材料的使用方面發揮了重要的作用。纖維纏繞技術的發展和創新是由復合材料行業的許多進步公司推動著更多的創新和進步。