1. 前言
由于受原材料及工艺控制手段等所限，早期特别是在航空航天等领域，缠绕成型多采用预浸带干法形式进行。这种成型方法生产环境较好，可获得性能优秀的复合材料制品，然而所需设备复杂，投资较大，产品成本较高。湿法缠绕成型是在增强材料经过树脂浴后直接缠绕在芯模上固化成型，树脂的润滑作用可减少增强纱带传递中的磨损，有利于纤维的强度发挥。更重要的是，由于省略了预浸带制作步骤，湿法缠绕成型所需设备简单，工序少而生产周期较短，可有效提高生产效率和降低制造成本。资料表明，以湿法缠绕取代干法缠绕，成本约降低40%。因此，在制品的缠绕成型中，有以湿法缠绕取代干法缠绕成型的趋势。限制湿法缠绕成型广泛应用的主要因素主要有①适于湿法缠绕成型的树脂基体种类较少;②湿法缠绕工艺控制较难控制等。
2. 湿法缠绕用增强材料
缠绕成型用增强材料主要玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维。玻璃纤维是应用最早的增强材料，最初是普通的E玻璃纤维。上世纪60年代高强玻璃纤维问世，立即得到广泛应用。芳纶纤维问世于上世纪70年代，拉伸强度与高强玻璃纤维相当，但密度只有1.45，，比强度为当时最高水平，于上世纪70一80年代成为复合材料固体火箭发动机壳体的主要增强材料。碳纤维出现比较早，但由于初期的碳纤维断裂延伸率较低，限制了其在许多结构材料领域的应用。另外，碳纤维的密度较大，影响了该种纤维的竞争力。
由于在湿法缠绕中树脂基体不允许添加非活性的溶剂而粘度较大，为保证缠绕过程中增强材料被充分浸透，相对于干法缠绕，湿法缠绕要求增强材料有更好的浸润性。在以上3种主要增强材料中玻璃纤维对树脂的浸润性最好，因此较适应于湿法缠绕工艺。芳纶纤维属有机纤维，其横断面是典型的“皮芯”结构，皮层是刚性聚合物大分子伸直排列成较为完善的原纤结构，包围着较为松散的微晶芯层结构。该结构决定了纤维的纵向强度较高，横向强度低而易发生纤维劈裂。湿法缠绕工艺使浸渍树脂的纤维直接缠绕在芯模上，简化了预浸渍后的卷纱工序，减少了纤维卷绕中表层损伤的机会。美国与原苏联的芳纶纤维缠绕固体火箭发动机壳体大都采用湿法缠绕工艺成型。碳纤维与树脂的浸润性不好，但生产厂家在出厂前通过添加涂层材料改善了碳纤维的浸润性，使其能够用于湿法缠绕。另外，碳纤维属于脆性材料，而湿法工艺使纤维在树脂的润滑下减少了缠绕过程中的磨损消耗，这使得碳纤维较适于湿法缠绕工艺。随着碳纤维制造技术的发展，碳纤维有望在结构材料领域完全取代芳纶纤维。
随着技术研究的进步，目前出现了更高性能的有机纤维，如超高分子量聚乙烯纤维、PBo纤维等。这类纤维特点是具备超高强度的性能，而分子链结构上含有较少或不含有极性基团，表面惰性较强，与树脂基体的浸润和粘接性较差。王百亚等人对PBo纤维的湿法缠绕工艺性进行了初步的研究。结果表明，PBo和环氧基体间结合较差，难以发挥PBo纤维的高强特性。PBo纤维的表面电晕处理对其浸润性改善并不明显。该类纤维应用于湿法缠绕尚需进行较多的研究。
湿法缠绕成型用增强材料的形式主要为无捻粗纱。由于无捻粗纱合股后形成的纤维带束内，纤维少间排布有重叠、交叉和空隙，参与合股的粗纱各自的张力大小不均匀，因此力学性能未得到充分发挥。用编制布缠绕可获得横向剪切和压缩性能大大优于纤维缠绕的复合材料，尤其是对于在多重载荷下工作的部件，布带缠绕可获得较高的结构效率。然而关于布带湿法缠绕的研究尚较为少见。据国外报道，Owen和Griffith采用不饱和聚酯作树脂基体，成功地通过玻璃布带湿法缠绕制得了一种薄壁圆筒，用于测试静力性能和疲劳性能。
鲁ICP备2021047099号