缠绕成型工艺的应用

    由于纤维缠绕工艺具有许多优点,已经在国防军工及各工业领域获得了广泛的应用。我国纤维缠绕工艺始于60年代初期,以军工产品研制开始。在过去40多年间,缠绕工艺制品发展很快,得到广泛地应用。
    一、贮罐
    贮运化工腐蚀液体,如碱类、盐类、酸类等,采用钢罐很容易腐烂渗漏,使用期限很短。改用不锈钢成本较高,效果也不及复合材料。采用纤维缠绕地下石油贮罐,可防止石油泄漏,保护水源。用纤维缠绕工艺制成的双层壁复合材料贮罐和管道,己在加油站获得广泛应用。
    这类贮罐(图1-5, 1-6)和管道通常用E玻璃纤维/不饱和聚醋树脂制成,在制造过程中可通过加入石英砂或其它填料来提高刚度,降低制造成本。
    二、管道
    纤维缠绕管道制品(图1-7)因其强度高、整体性好、综合性能优异、容易实现高效的工业化生产,综合运营成本较低而被广泛地应用于炼油厂管道、石油化工防腐管道、输水管道、天然气管道和固体颗粒(如粉煤灰和矿物)输送管道等方面。

     

    目前,美国各地用的纤维缠绕管道总长占整个运输工具的三分之一,所负担供应的能量(包括石油、天然气、煤、电)占需用量的一半以上。在我国工业生产中业己大量地采用纤维缠绕管道,而且市场需求量巨大,前景广阔。
    三、压力制品
    纤维缠绕工艺可用于制造承受压力(内压、外压或两者兼俱)的压力容器(包括球形容器)和压力管道制品。
    缠绕压力容器多用于军工方面,如固体火箭发动机壳体、液体火箭发动机壳体、压力容器、深水外压壳体等。缠绕压力管道可充装液体和气体,在一定压力作用下不渗漏、不破坏,如海水淡化反渗透管(图1-8)和火箭发射管等。先进复合材料的的优异特性使纤维缠绕工艺制备的多种规格火箭发动机壳体(图1-9)和燃料储箱(图1-10)得到成功的应用,成为现在乃至将来发动机发展的主方向。它们包括小到直径只有几厘米的调姿发动机壳体,大到到直径3米的大型运输火箭的发动机壳体。
    纤维缠绕复合材料压力容器已在航空、航天、造船等领域获得广泛应用。用碳纤维和芳纶纤维缠绕的薄壁金属内衬高压容器以其高结构效率、高性价比优势成为航天飞机和人造地球卫星的选。所用的内衬材料包括不锈钢、钦合金、铝合金和热塑性塑料等。容器充装的介质有氮气、氧气和氢气和氦气,形状多为环形、球形和扁椭球形(图1-11),直径范围从0.3-1.01米。
    

    小型压力容器己在个人生命保障系统获得成功应用。属于这类用途的容器有消防员供氧器(图1-13)、登山队员的供氧器等。这类容器大多用芳纶纤维/环氧树脂或玻璃纤维/环氧树脂制成,具有重量轻、便于携带、高疲劳寿命和高可靠性的综合特性。纤维缠绕工艺制造的压缩天然气(CNG)气瓶(图1一12),己经成为标志性的新型能源载体。
四、机械、电气用品
    在机械工程上有时需要轻质高强的部件,如新型无梭纺织机上的剑杆,是代替“梭子”穿线的,来回往复速度快,要求轻质、高强、刚度大,在此方面纤维缠绕工艺制备的碳纤维/环氧复合材料管具有其它材料无法比拟的优势。
    复合材料传动轴是为宇航工业提出并得到应用的,主要用于直升飞机,如尾旋翼长套轴、主旋翼厚壁传动轴等。1986年冷却塔工业开始采用复合材料传动轴,这种传动轴的主要优点为耐腐蚀、重量轻、振动小、寿命长。
    电气设备中的开关装置、高压熔断器管、回路断路器及高压绝缘体等均可采用纤维缠绕工艺制造,在这些制品中纤维缠复合材料爆破强度高,电绝缘性能好的特点得到充分的发挥。此外大型电机上的绑环和护环、车用飞轮转子(图1-14)等也是纤维缠绕复合材料制造的,其比强度高、线膨胀系数小、蠕变率低,绝缘性能良好、非磁性和性价比远优于无磁钢。
    纤维缠绕复合材料在电气工程上应用很广,可用纤维缠绕技术制造输配电电线杆、天线杆(图1-15)及工程车臂杆等。
    五、体育医疗器材
    纤维缠绕制品在体育器材方面的应用,会使竞技体育提高到一个新的水平,所以发达在这方面均有大量人力与资金的投入。如纤维缠绕高尔夫球拍杆、滑雪杖、羽毛球拍杆(图1-16)、猎枪管均可采用碳纤维/环氧复合材料制造。