纤维缠绕工艺介绍

纤维缠绕工艺介绍

纤维缠绕是一种自动化复合材料成型工艺，通过将连续纤维浸渍树脂后，按照预定路径缠绕在旋转芯模上，经固化后形成高强度复合材料制品。该工艺特别适用于制造轴对称结构件。  

一、工艺原理  

纤维缠绕的核心是纤维路径控制和树脂固化，主要步骤包括：  

1. 纤维输送：连续纤维（碳纤维、玻璃纤维等）从纱架引出。  

2. 树脂浸渍：纤维通过树脂槽或直接注射浸渍（湿法/干法缠绕）。  

3. 缠绕成型：由数控系统控制纤维按特定角度（螺旋、环向、轴向）缠绕在旋转芯模上。  

4. 固化脱模：加热固化后，移除芯模得到最终产品。  

二、缠绕方式  

根据纤维铺放路径，主要分为三种模式：  

1. 环向缠绕：纤维沿圆周方向缠绕，提供径向强度，适用于高压管道、储罐等。 

2. 螺旋缠绕：纤维以特定角度螺旋缠绕，提供平衡轴向/环向强度，适用于壳体、CNG气瓶等。

3. 轴向缠绕：纤维沿轴向增强，提高纵向刚度，适用于飞机机身、导弹结构等。 

三、工艺特点  

1. 优势  

① 高强度/重量比：纤维连续排布，力学性能优异（如碳纤维缠绕气瓶爆破压力可达70MPa+）。  

② 自动化程度高：数控编程实现复杂轨迹缠绕，一致性好。  

③ 材料利用率高：纤维按需铺放，废料率<5%。  

④ 适用于大型构件：可制造直径数米、长度超20米的部件（如风电叶片主梁）。  

2. 局限性  

① 仅适合回转体结构：非轴对称形状（如异形件）难以实现。  

② 芯模成本高：复杂结构需可拆卸或溶解芯模。  

③ 表面质量依赖后处理：外表面需加工或涂层以达到光洁度要求。  

四、关键工艺参数

1. 缠绕角度：决定力学性能各向异性。

2. 纤维张力：影响纤维密实度和树脂含量。

3. 树脂含量：影响孔隙率和固化质量。

4. 固化温度：决定固化速度和最终性能。

五、应用领域  

1. 能源：CNG/LNG高压气瓶、氢能储罐。  

2. 化工：耐腐蚀管道、酸洗槽（替代金属）。

3. 汽车：碳纤维传动轴。

六、技术发展趋势  

1. 智能缠绕：集成AI算法优化路径规划，减少材料浪费。  

2. 干纤维缠绕+原位固化：避免树脂浪费，提升环保性。  

3. 热塑性缠绕：采用PA、PEEK等树脂，实现可回收复合材料。  

4. 超大型缠绕：风电叶片主梁、船舶桅杆、旋转风帆的一体化成型。  

总结  

纤维缠绕工艺凭借其高强度、高效率和低成本的优势，在压力容器、航空航天等领域占据重要地位。未来随着自动化、新材料和仿真技术的进步，其应用范围将进一步扩大。