第八章连续成型工艺及设备教学参考资料武汉理工大学精品课程
第八章 连续成型工艺及设备 教学参考资料 武汉理工大学精品课程
1概述1.本章内容连续成型工艺及离心制管工艺2.连续成型工艺的基本概念（P243）从原材料开始，整个生产过程（包括浸渍、模制、固化、切剖等）在机组中连续完成，形成复合材料制品的过程。3.连续成型工艺包括三种具体成型方法·连续制管工艺·拉挤成型工艺·连续制板工艺4.连续成型工艺的特点①工艺过程机械化、自动化程度高、产量大、生产效率高②产品性能好，质量稳定③产品规格不受限制5.离心制管工艺的特点采用水泥制管的方法，生产GFRP管其特点是可生产低成本（可以添加大量填料及聚酯混凝土）大口径的GFRP管道，用于引水工程。2连续制管工艺及设备2.1连续制管工艺及设备的发展现状和前景1.60年代，丹麦“德罗斯素”公司研制成功第一台凸轮钢带式纤维缠绕机。2.80年代我国开始研制，并从国外引进8条生产线，主要生产大口径GFRP管。3.采用连续制管工艺，其产品（管道）直径在通常400-2500mm范围，最大口径3500mm，产品主要用于石油化工、污水处理、海水养殖、电站排渣等领域（P244表9-1）。4.连续制管设备的类型（机组）
1 概述 1. 本章内容连续成型工艺及离心制管工艺 2. 连续成型工艺的基本概念（P243） 从原材料开始，整个生产过程（包括浸渍、模制、固化、切剖等）在机组中 连续完成，形成复合材料制品的过程。 3. 连续成型工艺包括三种具体成型方法 ·连续制管工艺 ·拉挤成型工艺 ·连续制板工艺 4. 连续成型工艺的特点 ①工艺过程机械化、自动化程度高、产量大、生产效率高 ②产品性能好，质量稳定 ③产品规格不受限制 5. 离心制管工艺的特点 采用水泥制管的方法，生产 GFRP 管 其特点是可生产低成本（可以添加大量填料及聚酯混凝土）大口径的 GFRP 管道，用于引水工程。 2 连续制管工艺及设备 2.1 连续制管工艺及设备的发展现状和前景 1. 60 年代，丹麦“德罗斯素”公司研制成功第一台凸轮钢带式纤维缠绕机。 2. 80 年代我国开始研制，并从国外引进 8 条生产线，主要生产大口径 GFRP 管。 3. 采用连续制管工艺，其产品（管道）直径在通常 400-2500mm 范围，最 大口径 3500mm，产品主要用于石油化工、污水处理、海水养殖、电站排渣等领 域（P244 表 9-1）。 4. 连续制管设备的类型（机组）
干法连续机组湿法纵纱浸胶卧式连续制管机组湿法连续机组【钢带式湿法环纱浸胶步进式【垂直向上移动钢制芯轴式立式连续制管机组【低熔点金属感模式5.连续制管工艺的发展方向一一EPF法将塑料管挤出技术和纤维缠绕工艺相结合的连续制管技术。2.2连续制管工艺原理及过程1.卧式干法缠绕成型（P244，图9-1）采用预浸的无纬带或GF布带纵、环向布带缠绕→芯轴内加热→预固化→二次固化→外牵引脱模→切割等工序2.卧式湿法缠绕成型卧式湿法纵向纱浸胶缠绕成型（图9-2）卧式湿法环向浸胶缠绕成型（图9-3）·采用GF连续粗纱·经纵向纱浸胶均匀辅放在芯轴上形成纵向纱层。·环向纱浸胶，均匀铺设在芯轴上，形成环向纱层。3.立式垂直向上移动芯轴式缠绕成型（图9-4）垂直移动芯轴（向上）→顺、逆时针双向缠绕→固化4.立式低熔点金属芯模式缠绕成型正轴前由空心支柱+低熔点金属表面（铅一铋合金），通过热压模装置使GFRP管固化，并使移动芯轴表端熔化，完成自动胶模要求。2.3连续制管工艺的特点与定长管相比：1.连续化生产、产量大、生产效率高2.管长不变限制，可根据工程要求切割任意长度3.定长管生产通常需要多根管芯，而连续制管工艺仅需一根芯模。改变管
⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎩ ⎨ ⎧ 步进式 钢带式 湿法环纱浸胶 湿法纵纱浸胶 湿法连续机组 干法连续机组 卧式连续制管机组 ⎩ ⎨ ⎧ 低熔点金属感模式 垂直向上移动钢制芯轴式 立式连续制管机组 5. 连续制管工艺的发展方向——EPF 法 将塑料管挤出技术和纤维缠绕工艺相结合的连续制管技术。 2.2 连续制管工艺原理及过程 1. 卧式干法缠绕成型（P244，图 9-1） 采用预浸的无纬带或 GF 布带 纵、环向布带缠绕→芯轴内加热→预固化→二次固化→外牵引脱模→切割等 工序 2. 卧式湿法缠绕成型 卧式湿法纵向纱浸胶缠绕成型（图 9-2） 卧式湿法环向浸胶缠绕成型（图 9-3） ·采用 GF 连续粗纱 ·经纵向纱浸胶均匀辅放在芯轴上形成纵向纱层。 ·环向纱浸胶，均匀铺设在芯轴上，形成环向纱层。 3. 立式垂直向上移动芯轴式缠绕成型（图 9-4） 垂直移动芯轴（向上）→顺、逆时针双向缠绕→固化 4. 立式低熔点金属芯模式缠绕成型 正轴前由空心支柱+低熔点金属表面（铅—铋合金），通过热压模装置使 GFRP 管固化，并使移动芯轴表端熔化，完成自动胶模要求。 2.3 连续制管工艺的特点 与定长管相比： 1. 连续化生产、产量大、生产效率高 2. 管长不变限制，可根据工程要求切割任意长度 3. 定长管生产通常需要多根管芯，而连续制管工艺仅需一根芯模。改变管
径，只需更换芯轴外径。4.集中拉制工艺参数，产品质量稳定5.可一次性成型多层（管壁）结构管材比如耐腐蚀结构管：内表层：防腐、耐磨层厚度0.2一0.5mm，VR=95%以上内衬层：防渗透（表面毡）厚1-2mm，Vr=70%以上结构层：纵、环搭配缠绕，厚度按设计要求，VR=25～30%外表层：防老化，表面装饰（配方中常加防老剂）2.4连续制管用原材料1.采用多种GF制品形式，以满足管材不同结构层要求：通常GF粗纱或GF布带用于增强层GF短切毡用于内表层、内衬层、防腐、防渗，GF表面毡用于外表层。2.树脂基体的选择·选择原则：要求粘度低，浸润性好树脂胶液具有较长的凝胶时间较短的固化时间及整体的固化放热峰·常用基体：UP树脂（通常应加低收缩添加剂）、环氧丙烯酸树脂、乙烯基酯树脂2.5连续制管设备重点介绍卧式连续制管机组中的钢带式和前进式1.钢带式连续制管机（P250，图9-7、9-8）工作原理，凸轮推动钢带式芯轴。管状钢制支轴的旋转运动（1）一条首尾相接的薄钢带（5）螺旋缠绕在支轴上，凸轮滑动推块（4）相继作纵向往返运动。纵向纱是与正轴“同步”转动凸轮推块的往返行程正好等于钢带螺旋缠绕的螺距，以保证钢带在支轴上的
径，只需更换芯轴外径。 4. 集中拉制工艺参数，产品质量稳定 5. 可一次性成型多层（管壁）结构管材 比如耐腐蚀结构管： 内表层：防腐、耐磨层 厚度 0.2—0.5mm，VR=95%以上 内衬层：防渗透（表面毡）厚 1-2mm，VR=70%以上 结构层：纵、环搭配缠绕，厚度按设计要求，VR=25～30% 外表层：防老化，表面装饰（配方中常加防老剂） 2.4 连续制管用原材料 1. 采用多种 GF 制品形式，以满足管材不同结构层要求； 通常 GF 粗纱或 GF 布带用于增强层 GF 短切毡用于内表层、内衬层、防腐、防渗，GF 表面毡用于外表层。 2. 树脂基体的选择 ·选择原则：要求粘度低，浸润性好 树脂胶液具有较长的凝胶时间 较短的固化时间及整体的固化放热峰 ·常用基体：UP 树脂（通常应加低收缩添加剂）、环氧丙烯酸树脂、乙烯基 酯树脂 2.5 连续制管设备 重点介绍卧式连续制管机组中的钢带式和前进式 1. 钢带式连续制管机（P250，图 9-7、9-8） 工作原理，凸轮推动钢带式芯轴。 管状钢制支轴的旋转运动（1） 一条首尾相接的薄钢带（5）螺旋缠绕在支轴上，凸轮滑动推块（4）相继作 纵向往返运动。 纵向纱是与正轴“同步”转动 凸轮推块的往返行程正好等于钢带螺旋缠绕的螺距，以保证钢带在支轴上的
均匀前移。自动脱模2.步进式连续制管机2.6“EPF”法制管工业及设备1.“EPF”法的概念及特点概念（P251）特点：多种工艺、多种材料、前后结构2.“EPF”工艺原理及工艺过程工艺流程（P251）挤出成型的塑料管作为衬层（芯模）纵、环的缠绕GFRP作为增强层，管材表面喷涂成型富树层（GF毡）3.“GPF”法常用树脂，PolyliteHY-207（表9-2）特点（与UP树脂相比）与内衬PVC共有优良的粘接性能采用光敏引发剂具有较快的凝胶时间4.“EPF”法复合管的基体性质（表9-3）4.3拉挤成型工艺及设备4.3.1拉挤成型工艺及设备的发展情况1.传统的拉挤工艺主要生产几何形状规整、大小尺寸不变的型材，如棒材T型钢等。2.由于连续纤毡和螺旋无抢粗纱的出现，可生成变度1mm上的中空制品。3.美国已出现曲面型材的最新拉挤技术，用于生产汽车零部件，如“拉挤之星”3008，整个过程计算机控制。4.由于高频加热和树脂固化体系的改进，生产速度大大提高，可达3～4m/min。拉挤成型GFRP制品的性能（P254表9-4）
均匀前移。 自动脱模 2. 步进式连续制管机 2.6 “EPF”法制管工业及设备 1.“EPF”法的概念及特点 概念（P251） 特点：多种工艺、多种材料、前后结构 2.“EPF”工艺原理及工艺过程 工艺流程（P251） 挤出成型的塑料管作为衬层（芯模） 纵、环的缠绕 GFRP 作为增强层，管材表面喷涂成型富树层（GF 毡） 3. “GPF”法常用树脂，Polylite HY-207（表 9-2） 特点（与 UP 树脂相比） 与内衬 PVC 共有优良的粘接性能 采用光敏引发剂 具有较快的凝胶时间 4. “EPF”法复合管的基体性质（表 9-3） 4.3 拉挤成型工艺及设备 4.3.1 拉挤成型工艺及设备的发展情况 1. 传统的拉挤工艺主要生产几何形状规整、大小尺寸不变的型材，如棒材， T 型钢等。 2.由于连续纤毡和螺旋无捻粗纱的出现，可生成变度 1mm 上的中空制品。 3. 美国已出现曲面型材的最新拉挤技术，用于生产汽车零部件，如“拉挤 之星”3008，整个过程计算机控制。 4. 由于高频加热和树脂固化体系的改进，生产速度大大提高，可达 3～ 4m/min。拉挤成型 GFRP 制品的性能（P254 表 9-4）