纖維纏繞規(guī)律是研究繞絲嘴與芯模之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的規(guī)律，使紗帶能均勻排布在芯模表面。國(guó)外雖在雜志上有照片報(bào)道，但沒(méi)有如何能纏繞出規(guī)律線型的文字資料。1965年我國(guó)揭示了纖維纏繞規(guī)律，提出了兩種計(jì)算方法，即“切點(diǎn)法”和“標(biāo)準(zhǔn)線法”。

    纏繞規(guī)律是保證纖維纏繞制品質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵，是制品強(qiáng)度設(shè)計(jì)和纏繞機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)纖維在芯模上的排列狀況，纏繞線型歸納為環(huán)向纏繞、縱向纏繞和螺旋纏繞三種。

    （1）環(huán)向纏繞   環(huán)向纏繞是芯模繞自身軸線勻速旋轉(zhuǎn)，繞絲嘴沿芯模簡(jiǎn)體軸線平行方向移動(dòng)，芯模每轉(zhuǎn)一周，繞絲嘴移動(dòng)——個(gè)紗片寬度，如此循環(huán)下去，直到紗片均勻地布滿芯模簡(jiǎn)體段表面為止。環(huán)向纏繞線型如圖3-12所示。環(huán)向纏繞只能在筒身段進(jìn)行，只提供環(huán)向強(qiáng)度。環(huán)向纏繞的纏繞角（纖維方向與芯模軸夾角）通常在85°～90°之間，環(huán)向纏繞參數(shù)關(guān)系圖如圖3-13所示，其計(jì)算公式如下：

W=πDcotα

B=πDcosα

    式中  W———紗片螺距；

          b———紗片寬度；

          D———芯模直徑；

          α———纏繞角。從圖3-13中得出，當(dāng)纏繞角小于70°時(shí)，紗片的寬度要求比芯模直徑還大，這是不可能的，因此環(huán)向纏繞時(shí)，纏繞角必須大于85°，小于90°。

 

 

    （2）縱向纏繞   縱向纏繞又稱平面纏繞。纏繞時(shí)，纏繞機(jī)的繞絲嘴在固定的平面內(nèi)做均勻速圓周運(yùn)動(dòng)，芯模繞自身軸線慢速旋轉(zhuǎn)，繞絲嘴每轉(zhuǎn)一周，芯模旋轉(zhuǎn)一個(gè)微小角度，相當(dāng)于芯模表面上一個(gè)紗片寬度。紗片與芯模軸的夾角稱為纏繞角，其值小于25°。紗片依次連續(xù)纏繞到芯模上，各紗片均與兩極孔相切，各紗片依次緊挨而不相交。纖維纏繞軌道近似為一個(gè)平面單圓封閉曲線。平面纏繞基本線型如圖3-14所示。由圖3-14可知，纏繞角。為

 

 

    式中，r₁，r₂，為兩封頭的極孔半徑；L_c為筒身長(zhǎng)度；L_e1，L_e2為兩封頭高度。

    若兩封頭極孔相同（即r₁=r₂=r），封頭高度相等（即L_e1=L_e2=L_e）則

 

 

    平面纏繞的速比i_縱為芯模轉(zhuǎn)速Zm和單位時(shí)間繞絲嘴旋轉(zhuǎn)次數(shù)n的比值，若紗片寬為b，纏繞角為α，則速比為

 

 

    平面纏繞適用于球形、橢球形及長(zhǎng)徑比小于1的短粗筒形容器生產(chǎn)。平面纏繞容器頭部纖維有嚴(yán)重架空現(xiàn)象，為了減少纖維架空對(duì)制品質(zhì)量的影響，一般在纏繞不同層次時(shí)，使纏繞角α值在一定范圍內(nèi)變化，以分散纖維在端頭部的堆積。

 

 

    （3）螺旋纏繞   螺旋纏繞的特點(diǎn)是：芯模繞自身軸線均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，繞絲嘴沿芯模軸線方向按纏繞角所需要的速度往復(fù)運(yùn)動(dòng)。螺旋纏繞的基本線型是由封頭上的空間曲線和圓筒段的螺旋線所組成（見(jiàn)圖3-15）。螺旋纏繞纖維在封頭上提供經(jīng)緯兩個(gè)方向的強(qiáng)度，在筒身段提供環(huán)向和縱向兩個(gè)方向的強(qiáng)度。

    纏繞纖維與芯模旋轉(zhuǎn)軸線相交的夾角，稱為纏繞角。，當(dāng)纏繞角近90°時(shí)，實(shí)際上完成的是環(huán)向纏繞，亦稱高纏繞角螺旋纏繞。一般螺旋纏繞的纏繞角控制在15°～85°之間，此時(shí)繞絲嘴完成一個(gè)單程后的紗帶與下一單程纏繞的紗帶不再相切，而留下很大縫隙。要使纖維均勻布滿芯模表面，就必須讓繞絲嘴多次往復(fù)移動(dòng)（紗帶的軌跡是單頭或多頭螺旋線），才能填滿這些縫隙。往復(fù)的螺旋線纏繞紗帶，在芯模上相互交叉，當(dāng)纖維均勻布滿芯模表面時(shí)，就構(gòu)成了雙層平衡纖維殼，所以螺旋纏繞的層數(shù)總是偶數(shù)。

    從連續(xù)纖維螺旋纏繞規(guī)律中發(fā)現(xiàn)，纖維繞過(guò)極孔圓時(shí)，要與極孔圓相切，而在筒身段，同一層中的纖維，有交叉現(xiàn)象。因此，可以通過(guò)用出現(xiàn)在封頭極孔圓上的切點(diǎn)數(shù)和出現(xiàn)在筒身段部分的交叉點(diǎn)及交叉點(diǎn)連線（亦稱交帶）的數(shù)用來(lái)表征螺旋纏繞的線型特點(diǎn)和規(guī)律。分析螺旋纏繞規(guī)律的方法有“切點(diǎn)法”和“標(biāo)準(zhǔn)線法”兩種。切點(diǎn)法是通過(guò)纏繞線型在極孔圓上對(duì)應(yīng)切點(diǎn)的分布規(guī)律，找出芯模轉(zhuǎn)角、線型和速比之間的關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)線法是從芯模表面的標(biāo)準(zhǔn)線出發(fā)，找出制品尺寸與繞絲嘴及芯模相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，兩種方法可以得出完全一致的結(jié)果。

    （4）切點(diǎn)法纏繞規(guī)律

    ①線型   是連續(xù)纖維纏繞在芯模表面上的排布形式。用切點(diǎn)法描述螺旋纖維纏繞規(guī)律，就是研究線型與切點(diǎn)數(shù)和分布規(guī)律。

    a.纖維在芯模表面均勻布滿的條件

    （a）一個(gè)完整循環(huán)的纖維螺旋纏繞概念，在纏繞過(guò)程中，纖維由芯模上的某點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)若干次往復(fù)纏繞后，又纏回到起始點(diǎn)上，這樣在芯模上完成的一次（不重復(fù)）布線，就是一個(gè)完整循環(huán)。一個(gè)完整循環(huán)的纖維軌跡，稱為標(biāo)準(zhǔn)線。要使纖維均勻地布滿芯模表面，需要若干條連續(xù)纖維纏繞形成的標(biāo)準(zhǔn)線構(gòu)成。標(biāo)準(zhǔn)線的排布形式，包括切點(diǎn)、交叉點(diǎn)、交帶及分布規(guī)律，充分反映了全部纏繞纖維的排布規(guī)律。

    （b）切點(diǎn)數(shù)和分布規(guī)律。螺旋纏繞的紗片，在完成一個(gè)完整循環(huán)時(shí)，在芯模極孔圓周上只有一個(gè)切點(diǎn)，稱單切點(diǎn)。而在一個(gè)完整循環(huán)中有兩個(gè)以上切點(diǎn)的，稱多切點(diǎn)。由于芯模勻速旋轉(zhuǎn)，繞絲嘴每次往返時(shí)間相同，故在極孔圓周上的各切點(diǎn)，將等分極孔圓周。單切點(diǎn)與雙切點(diǎn)的排布如圖3-16所示。

 

 

    當(dāng)切點(diǎn)數(shù)，n≥3時(shí)，在與起始切點(diǎn)位置緊挨的切點(diǎn)出現(xiàn)以前，在極孔圓周上已出現(xiàn)，n≥3個(gè)切點(diǎn)。多切點(diǎn)線型在完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線型纏繞期間，相繼出現(xiàn)的任意兩個(gè)切點(diǎn)，可以依次排列，也可以間隔排列。當(dāng)n=3、n=4、n=5時(shí)，其切點(diǎn)排列順序如圖3-17所示。

    （c）纏繞纖維在芯模表面均布的條件。由于芯模上的每條紗片都對(duì)應(yīng)著極孔圓上一個(gè)切點(diǎn)，所以只要滿足以下兩個(gè)條件就可以經(jīng)若干個(gè)完整纏繞循環(huán)，使紗片一片挨一片的均布芯模表面：一個(gè)完整循環(huán)的諸切點(diǎn)等分芯模轉(zhuǎn)過(guò)的角度，即各切點(diǎn)均布在極孔圓周上；前一個(gè)完整循環(huán)與相繼的后一個(gè)完整循環(huán)所對(duì)應(yīng)的紗片，在筒身段應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一個(gè)紗片寬度距離。

 

 

    b.芯模轉(zhuǎn)角（即纏繞中心角）與線型關(guān)系。用θ表示一個(gè)完整循環(huán)纏繞的芯模轉(zhuǎn)角。繞絲嘴往返一次，芯模轉(zhuǎn)角用θn表示，繞絲嘴走完一個(gè)單程，芯模轉(zhuǎn)角用久表示，則

θn=2θt=θ/n                            （3-5）

    不同切點(diǎn)線型的芯模轉(zhuǎn)角θn不同。

    單切點(diǎn)芯模轉(zhuǎn)角θ1至少為360°±△θ，或者再加上360°的整數(shù)倍。即

θ1=（1+N）360°±△θ

    式中，△θ為微小增量，由紗片寬度決定。

    兩切點(diǎn)線型的θ2為360°/2±△θ，或再加上360°的整數(shù)倍，即

 

 

    兩切點(diǎn)為一個(gè)完整循環(huán)中繞絲嘴往返兩次，錯(cuò)過(guò)一個(gè)/X0，繞絲嘴往返一次時(shí)，則錯(cuò)開(kāi)△θ/2。以此類推，其他切點(diǎn)的芯模轉(zhuǎn)角：

 

 

    當(dāng)n≥3時(shí)，各切點(diǎn)位置排布順序與時(shí)序并不一致，如圖3-15所示。因此

 

 

    式中，k為正整數(shù)，k/n為最簡(jiǎn)真分?jǐn)?shù)，（k/n+N）值表示不同線型，它代表某特定標(biāo)準(zhǔn)線，△α/n表示芯模轉(zhuǎn)角微調(diào)量，它保證紗片既不離縫，又不重疊。

    ②轉(zhuǎn)速比和線型關(guān)系

    a.轉(zhuǎn)速比   單位時(shí)間內(nèi)，芯模轉(zhuǎn)數(shù)m與繞絲嘴往返次數(shù)n之比，稱為轉(zhuǎn)速比，即完成一個(gè)完整纏繞循環(huán)，芯模轉(zhuǎn)數(shù)與繞絲嘴往返次數(shù)之比。即

 

 

    式中   i———實(shí)際轉(zhuǎn)速比；

          m——一個(gè)完整循環(huán)的芯模轉(zhuǎn)數(shù)；

          △θ———芯模轉(zhuǎn)角增量（微調(diào)量）；

          n——一個(gè)完整循環(huán)中，繞絲嘴往返數(shù)（即切點(diǎn)數(shù)）。

    b.轉(zhuǎn)速比與線型關(guān)系   線型是指纖維在芯模表面的排布形式，而轉(zhuǎn)速比是芯模與繞絲嘴相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。它們是全然不同的概念，但是不同線型嚴(yán)格對(duì)應(yīng)著不同的轉(zhuǎn)速比i，所以我們認(rèn)為線型△S₀在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)速比。

I=S₀

 

 

    纏繞成型工藝通常分為于法和濕法及半于法三種，選擇成型方法時(shí)，要根據(jù)制品設(shè)計(jì)要求、設(shè)備條件、原材料性能及制品批量大小等因素綜合考慮后確定。

    纏繞成型工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：

    ①根據(jù)設(shè)計(jì)要求，技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)行纏繞線型和芯模設(shè)計(jì)；

    ②選擇原材料；

    ③根據(jù)產(chǎn)品強(qiáng)度要求，原材料性能及纏繞線型進(jìn)行層數(shù)計(jì)算；

    ④根據(jù)選定的工藝方法，制定工藝流程及工藝參數(shù)；

    ⑤根據(jù)纏繞線型選擇纏繞設(shè)備。

    纏繞成型中的主要工藝參數(shù)是：纖維烘于處理溫度及時(shí)間、浸膠方式及含膠量、膠紗烘干溫度及時(shí)間、纏繞張力、纏繞規(guī)律、固化制度、脫模方法及脫模力等。

    （1）纖維處理   纏繞成型用的玻璃纖維一般都選用Tex1200、Tex12400和Tex14800纏繞專用紗，這種纏繞用玻璃纖維粗紗都是采用增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，但使用前應(yīng)進(jìn)行烘干，除去存放中纖維表面吸附的水分。芳綸纖維的烘干處理時(shí)間應(yīng)更長(zhǎng)些。

    纖維烘于處理制度視其含水量和紗筒大小而定，一般用的玻璃纖維無(wú)捻粗紗是在60～80℃溫度下烘干24h，用烘干紗纏繞的制品強(qiáng)度比未經(jīng)烘干紗的強(qiáng)度高4%。

    （2）浸膠和含膠量   含膠量對(duì)制品的性能影響很大，表現(xiàn)在：

    ①影響制品的質(zhì)量和厚度；

    ②含膠量過(guò)高能使制品強(qiáng)度降低，氣密性提高；

    ③含膠量過(guò)低會(huì)使制品中空隙率增加，氣密性、耐老化性及剪切強(qiáng)度下降。

    在浸膠過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制纖維紗的含膠量，保證整個(gè)纏繞過(guò)程前后含膠量均勻。纏繞制品的結(jié)構(gòu)層含膠量，一般控制在17%～25%，而以20%為最佳。

    浸膠過(guò)程影響含膠量的因素很多，如膠液黏度、纏繞張力和浸漬時(shí)間等。溫度對(duì)膠液黏度影響很大，因此應(yīng)在浸膠槽上裝設(shè)恒溫水浴，水浴溫度高低要視樹(shù)脂種類而定。一般控制在20～40℃范圍。

    為了保證纖維紗被樹(shù)脂浸透、含膠量均勻以及紗片中盡量不含氣泡，膠液的黏度應(yīng)控制在0.35～1.0Pa·s范圍之內(nèi)。加熱或加入稀釋劑，都可以達(dá)到降低黏度的目的，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)一定的負(fù)作用，必須選擇得當(dāng)。

 

 

    浸膠方式主要有兩種：①沉浸式浸膠（見(jiàn)圖3-18）；②表面帶膠式浸膠（見(jiàn)圖3-19）。沉浸式浸膠是通過(guò)調(diào)整擠膠輥來(lái)控制膠含量。帶膠式浸膠則是通過(guò)調(diào)節(jié)刮刀間隙來(lái)控制含膠量。

    （3）纏繞張力   纏繞張力是指在纏繞過(guò)程中，纖維所受的張緊力。張力大小、各束纖維中的張力均勻性，以及各纏繞層之間纖維的張力均勻性，對(duì)制品質(zhì)量影響很大。

 

 

    纏繞張力的大小，可通過(guò)計(jì)算確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般初張力可按纖維強(qiáng)度的5%～10%選取。張力過(guò)小，纖維取向不佳，制品不致密，與內(nèi)襯粘接不牢，同時(shí)還會(huì)使制品強(qiáng)度和耐疲勞性能降低。張力過(guò)大，纖維在纏繞過(guò)程中磨損增大，同樣會(huì)使制品強(qiáng)度降低。

    各纖維束之間的張力均勻性對(duì)制品力學(xué)性能影響很大，各束纖維束受到的張力越不均勻，制品的強(qiáng)度降低越大。因此，在纏繞過(guò)程中，要盡量保持纖維束間和纖維束內(nèi)各股紗的張力均勻。選用無(wú)捻或低捻纏繞纖維紗，保持紗片內(nèi)各纖維平行，是保證纖維張力均勻的有效方法之一。

    各纖維層間張力對(duì)制品的力學(xué)性能亦有影響。如果纏繞張力始終保持一致，則會(huì)使制品各纏繞層之間出現(xiàn)內(nèi)松外緊現(xiàn)象，使內(nèi)層纖維張力降低，甚至松弛，造成纖維皺褶。固化后，纖維初始應(yīng)力不均勻狀態(tài)會(huì)大大降低制品強(qiáng)度和疲勞性能。

    為了避免出現(xiàn)內(nèi)松外緊現(xiàn)象，可以采用逐層纖維張力遞減的方法，盡可能使各層纖維在纏繞完成后所受的張力相等。纖維纏繞時(shí)的張力遞減值可以通過(guò)計(jì)算確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取每層遞減5～10N。每層遞減比較麻煩，可簡(jiǎn)化為每2～3層遞減一次，遞減值等于逐層遞減之和。實(shí)踐證明，采用纏繞張力遞減法制成的容器爆破強(qiáng)度比未采用張力遞減法的容器高10%以上。施加張力的方法，對(duì)干法纏繞是通過(guò)紗團(tuán)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦阻力，對(duì)于濕法纏繞，則是通過(guò)纖維浸膠的張力輥施加，張力輥的直徑應(yīng)大于50mm。

 

 

    （4）纏繞速度   紗帶纏繞到芯模上的線速度稱為纏繞速度，它反映纏繞過(guò)程的生產(chǎn)率。纏繞速度由芯模旋轉(zhuǎn)和繞絲嘴運(yùn)動(dòng)線速度決定，其關(guān)系如圖3-20所示。在濕法纏繞中，纏繞速度受到浸膠時(shí)間和設(shè)備能力限制，纏繞速度過(guò)快，纖維浸膠時(shí)間短，不易浸透，纏繞速度慢，則生產(chǎn)率低。在濕法生產(chǎn)過(guò)程中，纏繞速度最大不能超過(guò)0.9m/s。

    （5）固化制度   纏繞成型的固化工藝分加熱固化和常溫固化兩種。不論是采用哪一種固化方法，制品在固化過(guò)程中均需緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證制品受熱均勻和防止流膠。

    纏繞成型聚酯玻璃鋼用大型容器（如直徑為2～4m），建議采用常溫固化。

    酚醛環(huán)氧樹(shù)脂纏繞制品，或大批量生產(chǎn)的制品，則需要選用加熱固化，這是因?yàn)榧訜峁袒鼙ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，提高模具周轉(zhuǎn)率和降低成本。

    對(duì)于厚壁纏繞制品，應(yīng)采用分層纏繞固化法。此法是在模具上纏繞一定厚度后，使其固化，冷卻至室溫，打磨再纏繞第二層，依次循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。分層纏繞固化的優(yōu)點(diǎn)是：纖維位置及時(shí)得到固定，不致發(fā)生皺折和松散；樹(shù)脂不易在層間滲透，提高容器內(nèi)外層質(zhì)量均勻性。分層固化的缺點(diǎn)是：工藝復(fù)雜，能耗較大。