湿法缠绕工艺是采用液态树脂体系,将纤维经集束、浸胶后,在张力控制下直接缠绕在芯模上,然后再固化成型。由于湿法缠绕工艺不采用预浸带技术,也没有预固化过程,因而制品的含胶量是在浸胶和缠绕过程中进行控制。浸胶技术的优劣直接影响缠绕制品的好坏。湿法缠绕工艺的浸胶通常采用直浸法和胶辊接触法。
1、直浸法。直浸法是目前湿法缠绕工艺中设备最简单,应用范围最广泛的一种浸胶技术。该法是将纱团引出的一束或多束单向张紧的纤维连续直接进入胶槽浸渍胶液,然后通过挤胶辊的挤压使胶液均匀,再利用刮胶刀刮去多余的胶液,即得到直接用于湿法缠绕的浸过胶的纤维。整个浸胶过程中,挤胶辊压力的大小、刮胶刀与纱带的距离和胶液的温度是影响含胶量的主要因素。
2、胶辊接触法。胶辊接触法是由直浸法经过一定改进演变而来,它的浸胶装置比直浸法稍微复杂一些。胶辊接触法是将浸胶辊半浸人胶液中,裸露在胶液外的辊表面与纤维接触。浸胶辊通过旋转使其辊表面沾上胶液,连续地给纤维浸胶。纤维不直接浸入胶槽可以使纤维更均匀地浸渍胶液,避免过分地吃胶。
除了挤胶辊、刮胶刀和胶液温度等影响含胶量的主要因素外,该装置两侧的可调式胶辊可改变纤维与浸胶辊的接触包角a(纤维与浸胶辊接触弧长所对的圆心角a),接触包角的变化也会对含胶量有影响。接触包角越大,纤维与浸胶辊的接触面积和接触压力越大,纤维张力也越大,从而有效地影响湿法缠绕制品的含胶量。
上述两种湿法缠绕的浸胶技术虽然操作简便、工装简单、成本低、生产效率高,但是由于纤维浸胶后立即缠绕,在缠绕过程中对制品含胶量不易控制和检验,同时制品中易形成气泡、空隙等缺陷。设备上大量的刮胶刀和胶辊装置容易损伤纤维,出现起毛现象。树脂浪费大,操作环境差,不易实现自动化。
我国早在1962~1963年就掌握了纤维缠绕成型技术,可缠制各种压力式容器。但当时浸胶技术比较落后,上胶与刮胶过程大多以手工操作为主。近年来,随着科学技术的不断发展,纤维缠绕工艺得到了不断完善,相应的浸胶技术也有了长足的进步。
随着复合材料工业的迅速发展,纤维缠绕制品的应用领域会不断拓宽,从最初的军事部门逐渐向化工、污水处理、石油及风能系统等重要的民用部门扩展。面对如此广阔的潜在市场,纤维缠绕工艺的创新势在必行。而浸胶技术的改革将是未来纤维缠绕工艺发展的趋势和关键所在。
当前,纤维缠绕浸胶技术存在含胶量不易控制、树脂浪费大和纤维易损伤等问题,这些在很大程度上都能影响缠绕制品的质量。而实现树脂的定量供胶和纤维的无损浸胶将是解决上述技术难题的主要方向。随着原材料制备和电子计算机技术的日益成熟,纤维缠绕浸胶技术必将会迎来新一轮的革命。
阅读延伸:《干法缠绕用预浸带的浸胶技术 》