使用拉绕工艺实现复合型材高环向强度

复合材料型材中纤维的取向对其机械性能有很大影响。典型的排列方式是单向的，既增强材料在型材的纵向排列并提供良好的轴向强度。交叉缠绕的增强材料能够提高型材横向刚度和强度。织物也可被使用，通常提供+/- 45度或+/- 90度的排列方式。为实现这一点，常用的制造技术有长丝缠绕和预浸渍材料(prepreg)。

预浸料通过用环氧树脂浸渍纤维（通常是织物），并将所得材料绕着钢芯轴滚动进行固化，从而获得环向强度。这就像长丝缠绕一样，纤维沿横向方向缠绕在钢芯上，使纤维以所需的图案或角度排列。

这两种工艺都使制造商能够精确控制纤维与树脂的比例和厚度，但通常需要更长时间、高能耗的固化过程，包括加热或冷却步骤。这与长丝缠绕过程中涉及的大量手工步骤相结合，使该技术更适合于制造大直径的厚管。

除了技术方面的考虑，费用也是一个因素。由于与连续制造技术（如拉挤和拉卷）相比，长丝缠绕和预浸料轧制都涉及更多的人工过程，因此它们通常具有较高的劳动力和资源成本，并且需要更长的时间来生产等效的复合型材。

这导致许多行业转向其他更具成本效益的工艺来制造具有高环向强度的复合型材，这在伸缩杆应用中非常重要，因为在这种应用中，你必须用锁具挤压表面来锁定管材，从而对管材产生环向应力。

考虑用拉绕工艺来获得高环形强度
与拉挤工艺一样，拉绕工艺涉及到将纤维拉过树脂浴和加热的模具，使其固化成所需的形状。然而，主要的区别是，一些纤维在被拉过加热的模具之前，在横向上螺旋状地缠绕在芯轴上。虽然与长丝缠绕不尽相同，但拉式缠绕允许对纤维的位置和张力进行更大的控制，从而产生更均匀和可预测的环形强度。

拉式缠绕对于制造具有高环向强度的薄壁复合材料特别有用，因为它允许精确的横向薄纤维层控制。这是通过将纤维的单向排列与螺旋缠绕结合起来实现的，从而使纤维能够从0到几乎90度进行控制。此外，拉式缠绕是高度自动化和可重复的，确保在单一的在线制造过程中进行大批量、具有成本竞争力的生产。

拉绕技术使高效和工业化的生产在高性能和最佳质量方面成为可能：

此外，由于可进行全天候生产，这种制造过程保证了高产量。

国外Exel以及Epsilon等复合材料公司是专门从事像拉绕这样的连续生产技术，它们将这种专业知识与前瞻性的合作方式相结合。它们会在整个开发过程中与客户讨论各种选择和可能性，确保产品设计和开发针对每个特定客户的具体要求进行优化。这也使产品公司愿意合作，应用开发出最佳的高环强度复合管材，而不牺牲机械性能。

针对缠绕工艺技术相关知识想予以了解，可关注中国复合材料工业协会在江苏连云港7月26-28日举办的第21届2023年复合材料缠绕编织技术创新应用论坛暨复合材料缠绕专委会工作会。

此文由中国复合材料工业协会编译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。