纤维缠绕技术的简单发展历程

  纤维缠绕技术可追溯到20世纪40年代二战时期的美国Manhattan原子能工程,该工程部需要重量轻的FRP(Fiber reinforced plastics)加强带。RichardE.Young首先考虑以高强度的玻璃钢(FRP)来代替金属,并最先形成了把纤维缠绕在芯模上的缠绕原始概念。同时设计制造了第一台著名的由旧马达和齿轮组成的简易纤维缠绕机,随后缠绕了第一个复合材料火箭发动机壳体,以及用于防化学腐蚀的首条玻璃钢管道投入使用。

  上世纪50年代,纤维缠绕技术已能生产各种尺寸的火箭发动机壳体,广泛用于火箭、战略导弹等尖端军Y产品上。上世纪60-70年代,缠绕制品应用领域已从军事部门扩展到化工、污水处理、石油及风能系统等重要的民用部门,已可缠绕巨大体积的复合材料产品,如直径为26英尺,长为126英尺的风车叶片;直径10m,容积达1000m3的巨型储罐。该时期纤维缠绕技术进入了腾飞阶段。

  上世纪80年代,由于世界性的军备竞赛,虽然纤维缠绕制品仍集中应用于航空、航天和国防项目之中,但应用领域已扩展到民用工业,丰富了民用产品的种类,如用于供水系统的高压管道。用于消防的压力容器及潜水装置等,绝大部分纤维缠绕机是简单的二轴缠绕机和三轴联动机器,而且80年代以前的缠绕机都是机械控制的,首台计算机控制的纤维缠绕机诞生于这个时期,其控制系统使用的计算机是微机。

  计算机控制缠绕机的研制成功使得生产纤维铺设十分精确的复合材料产品成为可能,从而可生产出高性能,低成本,重量轻的优质缠绕部件。另外扩大了可缠绕部件的种类,从简单的直管到一些形状复杂的部件。在计算机控制系统引入到纤维缠绕技术之前,人们大多靠经验进行模式设计,这是一项劳动力密集、周期长的工作。

  为改善这种局面,人们开始探索用计算机设计缠绕模式,即纤维缠绕CAD技术开始发展。用计算机辅助设计缠绕模式,使得缠绕模式的生成简单容易,从而减少了产品的开发和生产周期。当然,此时软件上具十分简单,而且只能设计简单部件(如直管等)的缠绕模式。与此同时,生产效率问题已引起缠绕机设计者的重视,开发了多转轴缠绕机,即一台缠绕机可同时缠绕多个部件。

  进入90年代后,发展速度明显加快,缠绕技术进入了新的高速发展阶段。提高劳动生产率已置于首要地位,多转轴多运动轴缠绕机已成为标准,进一步扩大商用领域,诸如基础设施、救生设备、汽车以及冷却塔等。缠绕机亦上了一个台阶,研制出了计算机控制的六轴缠绕机,从而结束了用手糊、半手糊生产常用管道配件一一弯管和三通T形管的历史。同时更多运动轴缠绕机的引入使得缠绕形状更为复杂的产品成为可能,目前国际上己有七轴甚至多达十一轴的计算机控制纤维缠绕机。

 

  阅读延伸:《湿法缠绕工艺的浸胶技术