環(huán)氧復(fù)合材料纏繞制品是將連續(xù)纖維粗紗或布帶浸漬環(huán)氧膠液后,在設(shè)定的纖維張力下按照預(yù)定的纏繞規(guī)律連續(xù)地纏繞在芯?;騼?nèi)襯上,然后在室溫或加熱條件下固化而制成的中空回轉(zhuǎn)體制品,如管、筒、罐、壓力容器等。那么環(huán)氧復(fù)材纏繞制品有何特點?中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家從多方面進行了闡述。
這位專家表示,纏繞成型工藝的類型有3種:首先是干法纏繞纖維浸膠后烘干制成預(yù)浸帶,纏繞時加熱軟化后繞制在芯?;騼?nèi)襯上經(jīng)固化而成,其特點是含膠量易控制,制品質(zhì)量均勻、穩(wěn)定,工藝過程易控制可提高纏繞速度,成型過程中設(shè)備和場地較清潔,易實現(xiàn)機械化、自動化,但要求所用的固化劑(尤其是酸酐和芳香胺類)在預(yù)浸料烘干時不升華或揮發(fā),纏繞設(shè)備較復(fù)雜、投資大,多用于航天、航空制品;其次是濕法纏繞纖維浸膠后直接纏繞到芯?;騼?nèi)襯上經(jīng)固化而成,特點是設(shè)備簡單、對原材料的要求沒有干法那么嚴(yán),但因纖維浸膠后馬上纏繞,所以對預(yù)浸帶的質(zhì)量不易控制和檢驗,溶劑含量較多、固化時易生成氣泡,張力、也不剔空制、制品質(zhì)量相對較差、工作條件較臟,由于投資少、成本低(約為干法的60%),我國應(yīng)用較多,主要用于民品的生產(chǎn);第三是半干法纏繞它比濕法增加了烘干工序,比干法減少了烘干時間,降低了預(yù)浸帶的烘干程度,減去了預(yù)浸帶的絡(luò)紗、收卷和加熱軟化工序,使纏繞可在室溫下進行,這樣既除去了大部分溶劑又提高了生產(chǎn)效率、減少了設(shè)備、提高制品質(zhì)量。
纏繞制品的特點除具有一般玻璃鋼的特點外,還有以下特點:纖維含量可高達80%,故其比強度高于其他玻璃鋼;質(zhì)量穩(wěn)定,易于機械化、自動化,生產(chǎn)效率高,便于大規(guī)模生產(chǎn);大量采用無捻粗紗,故成本較低;各向異性顯著,縱向強度高,橫向及層間強度低;纏繞制品開孔處應(yīng)力集中程度高,應(yīng)作局部加強處理,連接配件復(fù)雜;到目前為止仍局限于生產(chǎn)正曲率回轉(zhuǎn)體,對非回轉(zhuǎn)體或負曲率回轉(zhuǎn)體制品的纏繞較復(fù)雜,尚處在研究階段。
纏繞制品的結(jié)構(gòu)大體上分為3層,中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家介紹說,其中內(nèi)襯層直接與工作介質(zhì)相接觸,起防腐、防滲、耐溫的作用,要求內(nèi)襯材料具有優(yōu)良的氣密性,耐腐蝕性和一定的耐熱性,根據(jù)工作介質(zhì)的種類、濃度、溫度等要求來選擇內(nèi)襯材料,常用的有玻璃鋼、橡膠、塑料和金屬等;結(jié)構(gòu)層又稱為增強層,主要是保證制品在受力時有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性,由環(huán)氧基體和纏繞的纖維組成,載荷主要由纖維承擔(dān)(應(yīng)根據(jù)工作載荷選擇纖維的品種和規(guī)格),結(jié)構(gòu)層的承載能力還與纖維纏繞方向有關(guān)(應(yīng)通過結(jié)構(gòu)計算來確定),對內(nèi)壓容器要使環(huán)向強度與軸向強度之比近似等于由載荷產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力與軸向應(yīng)力之比,通常多采用螺旋纏繞和環(huán)向纏繞相結(jié)合的纖維鋪設(shè)方式,由螺旋纏繞纖維承受軸向應(yīng)力,環(huán)向纏繞纖維則主要承受環(huán)向壓力。對外壓容器(如地下貯罐等)則用加筋來提高結(jié)構(gòu)層的承壓能力防止制品變形,對民用產(chǎn)品還可用夾層結(jié)構(gòu)(如夾砂層)來降低成本改進性能如玻璃鋼夾砂管,但其基體多采用不飽和聚酯樹脂;還有外保護層,對露天使用的制品尤為重要,在配方設(shè)計中應(yīng)提高其耐老化性能,如環(huán)氧樹脂及固化劑品種的選擇采用防老化劑等。
目前環(huán)氧纏繞制品主要應(yīng)用于4個方面。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家介紹說,分別是化工管道用來輸送石油、水、天然氣和其它化工液體,具有防腐、輕質(zhì)、高強、耐用、安裝維修方便等特點,可部分取代不銹鋼;大型貯罐和槽車用來貯存和運送酸、堿、鹽及油類等液體介質(zhì),具有輕質(zhì)、耐腐、維修方便等特點;壓力容器有內(nèi)壓容器(如各種氣瓶)和外壓容器(如魚雷)2種,在軍工和民用方面得到廣泛應(yīng)用;航空航天制品如火箭發(fā)動機殼體、MX導(dǎo)彈石墨/環(huán)氧復(fù)合材料發(fā)射筒(內(nèi)徑2489mm,長14046mm,重7257kg)、雷達罩等,特點是質(zhì)量輕、強度和模量高,常用的纖維是S玻纖、芳綸纖維和碳纖維。