纖維纏繞工藝與設(shè)備最新進展(編輯修改稿)
2024-07-26 16:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 化虹吸預浸單元的繞絲嘴的引入，極大地改進了濕法纏繞技術(shù)。這種概念以更高效、更經(jīng)濟的方式進行批量生產(chǎn)。當纏繞壓力容器時，有必要減少循環(huán)次數(shù)。這可以通過圓周方向幾個固定位置上預浸纖維的模擬絲嘴獲得。如果自由纖維長度（絲嘴和芯模之間的距離）要保持連續(xù)性，那么繞絲嘴需在徑向移動。在纏繞過程中，必須減少絲嘴軸向運動以便減小纏繞機安裝長度。以前的繞絲嘴不是徑向運動的。GmbH已經(jīng)開發(fā)出這樣一種氫氣壓力容器濕法纏繞的延伸裝置，在圓周方向安裝八個繞絲嘴（如圖4）每個臂相應(yīng)地浸漬并鋪放碳纖維粗紗。這個系統(tǒng)在相同的工藝速度下輸送材料是傳統(tǒng)纏繞機的三倍，Material 。 繞絲嘴下圖表示的是纏繞過程中的多繞絲嘴纏繞系統(tǒng)。繞絲頭的操控直接與GmbH纏繞機的CNC控制直接相連，并在此處接收位置數(shù)據(jù)。程序，可視化都在Windows PC機上。使用改進的CADWIND軟件程序根據(jù)所要求的鋪層產(chǎn)生纏繞的路徑。 多繞絲嘴纏繞系統(tǒng) 粗紗準確的鋪層尤其在封頭區(qū)域要通過可旋轉(zhuǎn)的繞絲嘴來實現(xiàn)。這種特別的結(jié)構(gòu)在纏繞圓柱筒壁時保持粗紗寬度一致和充分的樹脂浸漬。 模塊化虹吸預浸單元分布在芯模圓周方向上的粗紗預浸和供應(yīng)是一個難題。由于商業(yè)上的預浸單元對這種工藝有一定的限制而且這種工藝還要求批產(chǎn)，所以開發(fā)了一種新的預浸方法。粗紗通過一個完全封閉的虹吸式預浸單元并由精確劑量的樹脂浸潤。另外，減少了苯乙烯（不飽和聚酯樹脂）揮發(fā)所帶來的污染。粗紗通過繞絲嘴活動臂直接到容器表面并由旋轉(zhuǎn)的導絲頭準確地鋪放。耐用性試驗證明了這種批產(chǎn)預浸方法的適用性。預浸單元八小時工作無任何故障，并且粗紗進料管無任何磨損，也無任何纖維破裂。模塊化虹吸預浸單元 使用虹吸式預浸單元繞絲頭，成功纏繞了若干壓力容器，經(jīng)檢測纏繞層質(zhì)量符合標準。例如，孔隙率含量與標準纏繞技術(shù)制造的產(chǎn)品孔隙率相似。除了預浸技術(shù)，顯著影響空隙率的其它因素包括繞絲嘴本身和是否使用刮膠刀。檢驗工作壓力為200bar的纏繞容器，爆破壓力超過750bar。模塊化虹吸預浸單元纏繞頭的發(fā)展是濕法纏繞技術(shù)的巨大進步。這種方法的主要優(yōu)勢是極大地提高了鋪層率。對于相同的鋪層質(zhì)量，由繞絲頭控制的大量粗紗能夠極大地減少芯模完全浸潤所要求的時間。不斷改變纏繞線型和減少粗紗交叉點，產(chǎn)生了其他積極效果。纖維性能的優(yōu)化利用進一步減輕了重量，纏繞過程中繞絲嘴的徑向移動有助于極大地減少支架系統(tǒng)的長度，這不僅減少了循環(huán)次數(shù)，而且減少了纏繞設(shè)備的安裝空間。7. 軟件和自動化 纖維纏繞的自動化部分歸功于有效的控制軟件?？刂栖浖母倪M極大地促進了纏繞機和纏繞技術(shù)的進步。布魯塞爾Materials公司開發(fā)的CADWIND2006的新特點包括實時模擬纏繞程序和所有軸上纏繞頭的移動。這種模擬有助于調(diào)整鋪放頭的運動，從而避免鋪放頭與芯模間可能的接觸碰撞，而且還縮短了增加開發(fā)時間和成本的多次試驗周期，加快了簡單和復雜部件的生產(chǎn)速度。CADWIND2006后處理單元采用一種新算法簡化了在部件任一點上夾緊芯模和纏繞啟動的過程。CNC Technics 公司對低成本多功能控制系統(tǒng)軟件JOKAM作了改進，并開辟了另外兩個應(yīng)用領(lǐng)域：一是數(shù)控加砂兩軸纏繞機，并與芯模的尺寸和旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)，另一種應(yīng)用是四軸纏繞機生產(chǎn)壓縮天然氣儲罐（CNG）和氫儲罐。加砂和樹脂供給這樣的數(shù)控功能都是自動化生產(chǎn)的特征，可以使整體工藝更快更準確。四. 纖維纏繞發(fā)展方向1. 纖維纏繞工藝的發(fā)展方向 隨著復合材料相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，纖維纏繞工藝呈現(xiàn)出多工藝復合化、熱塑性樹脂纏繞逐漸增多以及新型固化技術(shù)不斷應(yīng)用的發(fā)展趨勢。(1)拉擠成型、帶鋪放、帶纏繞及纖維編織、壓縮模塑等工藝與傳統(tǒng)纏繞工藝相結(jié)合，提高了纏繞工藝的適應(yīng)性。纖維纏繞技術(shù)有一個明顯的局限，就是沿制品軸向鋪設(shè)純縱向，即0度纖維（纖維與簡體母線夾角為0度較為困難，限制了它在某些結(jié)構(gòu)類管狀制品制造中的應(yīng)用 。將纖維纏繞與帶鋪放工藝、拉擠工藝結(jié)合起來可解決這一問題 。纖維鋪放技術(shù)集傳統(tǒng)纏繞技術(shù)與帶鋪放技術(shù)于一身，可進行任意角度纏繞，也可任意增減纖維，還可在凹形表面纏繞，克服了傳統(tǒng)纏繞工藝的不足；纏繞一拉擠工藝制造的薄壁管改善了力學性能，已用于汽車司機駕駛室框架一弱 ；纏繞與注射模塑結(jié)合制造的自潤滑多面滑動軸承具有卓越的摩擦學行為 ；纖維纏繞預制件與RTM技術(shù)相結(jié)合擴大了纖維纏繞工藝的應(yīng)用范圍。(2)熱固性樹脂纏繞向熱塑性樹脂纏繞方向發(fā)展。 據(jù)統(tǒng)計，從1994年以來，熱塑性復合材料是同期熱固性復合材料增長的2倍。該高速增長可以用熱塑性復合材料良好的機械性能、高的耐溫性、良好的介電常數(shù)和良好的可循環(huán)性來解釋，尤其是它的可回收、可重復利用和不污染環(huán)境的特性適應(yīng)了當今材料環(huán)保的發(fā)展方向。歐美一些國家已有一些產(chǎn)品用于航空航天和民用，如美國用CF／PEEK纏繞制件作飛機水平安定面，德國用CF／FA纏繞管件制造超輕質(zhì)自行車等 。國外已有杜邦公司、帝國化學公司、BASF公司和德國凱瑟斯路登大學等多家大公司和科研機構(gòu)對熱塑性樹脂纏繞工藝進行了研究和生產(chǎn)實踐 。國內(nèi)有北京航空材料研究院先進復合材料國防科技重點實驗室等少數(shù)機構(gòu)對熱塑性預浸帶進行了纏繞實驗，并對制品性能進行了初步分析?？梢哉f國內(nèi)這種工藝還處在逐步開發(fā)的階段。發(fā)展空間較大 。(3)新型固化技術(shù)及在線固化監(jiān)測技術(shù)。紅外加熱、微波加熱、火
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