Справочник по композиционным материалам

Процесс намотки

Наибольшее распространение получили два основных вида на­мотки: полюсная и спиральная, каждая из которых дает свою ха­рактерную схему расположения волокна. При полюсной (называе­мой также плоскостной) намотке оправка остается неподвижной, в то время как подающее волокно устройство рычажного типа вращается относительно продольной оси под заданным углом наклона. После каждого его оборота оправка перемещается впе­ред на расстояние, соответствующее одной ширине полосы воло­кон. Такая схема называется однослойной полюсной намоткой (рис. 16.3). Полосы волокна укладываются впритык одна за дру­гой; готовый слой состоит из двух сложений, направленных в противоположные стороны относительно угла намотки.

При спиральной намотке оправка непрерывно вращается, в то время как каретка, подающая волокно, перемещается возвратно - поступательно. Скорость перемещения каретки и частота враще­ния оправки подбираются такими, чтобы обеспечить заданный угол намотки. При этом обычно спиральная намотка получается многовитковой. После первого прохода намотки полосы волокна 212

Не примыкают друг к другу. Для получения повторяющегося ри­сунка требуется несколько витков. Типичная десятивитковая мо­дель показана на рис. 16.4 [24]. Путь волокна за один виток в этом случае составляет одну десятую суммы длины окружности и ши­рины полосы; волокно одиннадцатого витка затем ложится рядом с первым. И в этом случае каждый слой состоит из двух сложений. Такая конфигурация обязательно приводит к пересечению воло­кон (образованию поперечных полос) в отдельных участках. Число мест с поперечными полосами зависит от угла намотки.

Необходимый рисунок намотки подбирается регулированием машины методом проб и ошибок или рассчитывается по геометрии изделия. Приведенный ниже упрощенный пример иллюстрирует метод определения количества витков для получения данного ри­сунка и суммарного числа витков для полного покрытия оправки.

Пример. Намотать цилиндр диаметром 254 мм и длиной 1016 мм при угле намотки 45е. Предположим, что ширина полосы волокна 6,4 мм, а угол задержки намоточного механизма перед новым циклом намотки 180°. Этот угол характери­зует поворот оправки в конце каждого цикла перед изменением направления подачи волокна на обратное.

За один виток подается 2032 мм волокна, а число оборотов оправки соста­вляет 80/10л плюс один оборот угла задержки, что в сумме дает 1276,8°. Путь волокна, таким образом, составляет 196,8° (1276,8 ° — 3-360°). Такой угол не обеспечит замкнутый рисунок. Самая простая регулировка заключается в увели­чении задержки в конце каждого цикла на 1,6°, благодаря чему путь волокна будет 200°. При этом угле совмещение волокон произойдет через девять оборотов. Тогда общее число оборотов на один слой при среднем диаметре изделия D = = 10 дюймов и окружной составляющей ширины полосы S0= 0,354 дюйма при

Угле намотки 45° составит Cc — nDfS0= Юп/0,354 = 88,8. Так как ширина полосы немного уменьшается, то принимаем Сс = 90, что позволяет нанести 10 повторяющихся рисунков. Когда отношение скорости оправки к поперечной скорости оказывается окончательно отрегулированным, путь волокна за девять оборотов возрастает на 9 мм.

Приведенный пример иллюстрирует степень точности регули­ровки скоростей машины. Очевидно, что для полного покрытия оправки надо варьировать ширину полосы и угол задержки. В практической деятельности длина цилиндра и угол намотки также считаются параметрами процесса, которые варьируют для получения нужного рисунка.

Находят применение и другие методы намотки.

Окружная намотка. Окружные или круговые слои наматывают под углом, близким к 90°, причем за один оборот подающее уст­ройство продвигается на ширину полосы. Считается, что слой состоит из одного сложения. Окружные слои можно наносить для дополнительного усиления или увеличения жесткости отдельных, наиболее важных мест цилиндра.

Продольная намотка. Этот термин относится к намотке под малыми углами, которая может быть плоскостной или спиральной. При получении закрытых сосудов высокого давления минималь­ный угол определяется величиной полюсных отверстий с обоих концов.

Комбинированная намотка. Продольные слои усиливают окружными. При формовании сосудов высокого давления окруж­ные слои обычно наносят снаружи. Равновесие между армиру­ющими материалами в окружном и продольном направлениях достигается спиральной намоткой двух или нескольких слоев.

Прочие методы. Плоскостная многовитковая намотка анало­гична многовитковой спиральной намотке, а одновитковая спи­ральная намотка аналогична плоскостной намотке. Оба рисунка отличаются друг от друга только движением волокна при формо­вании торцовых крышек.