根据生产工艺流程,缠绕成型中的主要工艺参数有:纤维烘干处理及时间、浸胶方式及含胶量、缠绕张力、缠绕规律、固化、检测等。合理选择缠绕工艺参数是充分发挥原材料特性,提高缠绕容器质量的重要条件。
纤维处理和烘干
由于纤维都是采用增强型浸润剂,存贮不当也会吸附大量的水分。纤维表面的这些游离水分影响树脂基体与纤维的粘合,同时引起应力腐蚀,使微裂纹等缺陷进一步扩展,从而使制品强度和耐老化性能下降。因此,纤维在使用前需进行烘干处理,纤维烘干制度视纤维含水量和纱锭大小而定。通常在60℃一80℃下烘干24h即可。
浸胶与胶液含量
胶液含量的变化及分布对纤维缠绕试验容器的性能影响较大:一是直接影响容器的质量和厚度的控制。二是从强度的角度看,含胶量过高,使制品的强度降低。含胶量过低:容器孔隙率增加,使容器气密性、耐老化性能及剪切强度下降,同时也影响纤维强度的发挥。因此,必须严格控制纤维纱的含胶量,保证整个缠绕过程前后含胶量均匀。试验容器的结构层含胶量,应控制在17%-25%。最佳含胶量为20%。
纤维含胶量是在浸胶过程中进行控制的,通过调整挤胶辊压力来控制含胶量。影响含胶量的因素很多,主要以胶液粘度、缠绕张力、浸胶时间、胶液粘度等为主。因此,浸胶槽应装备恒温水浴,以控制胶液温度。水温一般控制在20℃一40℃范围内,胶液粘度控制在0.35Pa·s-1.0Pa·s范围内。
缠绕张力
缠绕张力是缠绕工艺的重要参数。张力大小、各束纤维间张力的均匀性,以及各缠绕层之间纤维张力的均匀性,对缠绕试验容器的质量影响很大。缠绕张力的大小可通过上述公式进行计算确定。根据经验,一般初张力可按纤维强度的17%-25%选取。为使各缠绕层不出现内松外紧现象,使缠绕张力逐层有规律地递减,尽可能各层纤维在缠绕完成后所受的张力相等。纤维缠绕时张力的递减值可通过上述公式计算确定。根据经验,一般逐层递增减5-10N。也可简化为每2-3层递减一次。递减值等于逐层递减值之和。
缠绕速度
缠绕速度是芯模速度、小车速度、纱线速度构成的速度矢量。缠绕速度一般指纱线速度,控制在一定的范围内。对湿法缠绕纱线速度最不超过0.9m/s,纱线很大时,芯模转速很高,出现胶液在离心力作用下,从缠绕容器向外迁移和溅洒的可能。
固化制度
本缠绕试验容器为环氧/玻璃纤维,由于是氧树脂体系,因此,固化制度采用常压加热固化。试验容器的固化制度为:室温→50℃/16h→80℃/4h→100℃/5h-150℃/9h→随炉冷却。
阅读延伸:《碳纤维火箭发动机壳体整体缠绕工艺探索》