汽车复合材料缠绕成型工艺和技术

缠绕成型工艺(Filament Winding)是在控制纤维张力和预定线型的条件下,将浸过树脂胶液的连续纤维(或布带、预浸纱)按照一定的规律连续地缠绕到相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上,然后在室温或加热条件下使之固化、脱模,获得一定形状的汽车复合材料制品,如图7所示。根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同,分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。其中,湿法缠绕的应用为普遍。湿法缠绕工艺顾名思义是将连续玻璃纤维粗纱或玻璃布带浸渍树脂胶后,直接缠绕到芯模或内衬上而成型并经固化的成型方法。而干法缠绕一般仅用于高性能、高精度的尖端技术领域中。

图7 纤维缠绕成型工艺示意图


纤维缠绕成型工艺的优点是:能够按产品的受力状况设计缠绕规律,以充分发挥纤维的强度;比强度高。一般来讲,纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比,重量可减轻40%~60%;可靠性高。纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产,工艺条件确定后,缠出来的产品质量稳定、精确;生产效率高。采用机械化或自动化生产,只需少数操作工人,缠绕速度快(240m/min);成本低。在同一产品上,可合理配选若干种材料(包括树脂、纤维和内衬),使其再复合以达到佳的技术经济效果。现在用纤维缠绕成型工艺生产的CNG/LPG高压气瓶、传动轴和板状弹簧等已广泛应用于大客车、轿车和卡车上。纤维缠绕成型工艺的缺点是:缠绕成型适应性小,不能缠任意结构形式的制品,特别是具有凹形表面的制品。这是因为缠绕时,纤维不能紧贴在芯模表面,而是处于架空状态;缠绕成型需要有缠绕机、芯模、固化加热炉、脱模机及熟练的技术工人,不仅投资大,而且技术要求高,因此只有大批量生产时才能获得较大的经济技术效益。图8所示为采用纤维缠绕成型工艺生产的CNG乘用车用高压气瓶。