纤维缠绕张力对玻璃钢制品质量的影响

纤维缠绕成型是树脂基复合材料的主要成型工 艺之一，其工艺是将浸渍树脂的纤维在一定张力下， 按照设定的角度和铺层缠绕于芯模上，经固化、脱 模、加工制得玻璃钢制品，产品具有优良的耐腐 蚀性能、轻质高强和安装维修方便等特点，综合成本 低，技术经济效益好。

1 张力的产生及分析

纤维缠绕张力的产生可分为主动施加和被动产生两种情况: 主动施加的张力是为了满足纤维在芯模 上按规定线型排列、增加浸透效果、控制树脂含量等 玻璃钢缠绕成型工艺设计要求，而在缠绕过程中设 置张力装置、浸胶装置、刮胶装置、导纱装置等使纤 维产生一定的张力; 被动产生的张力主要是纤维 离开纱团时与纱线间的粘结力产生的退解阻力和缠 绕过程中纱线与导纱眼等接触点产生的摩擦力; 主动施加和被动产生二者之和，即为缠绕张力。

2 试验部分

2. 1 试验原材料

玻璃纤维: 386、386T 及 316A，巨石集团有限公司; 不饱和聚酯树脂: JS-P206，巨石集团有限公司; 固化剂: 过氧化甲乙酮; 促进剂: 环烷酸钴。

2. 2 试验仪器与设备

数显弹簧秤: LP85，香山; 万能试验机: Z050，德国 Zwick 公司; 箱式电阻炉: 一恒SX2-8-10N，上海一恒科技; 缠绕生产线: 大庆庆联。

2. 3 玻璃钢缠绕管道的制备

将玻璃纤维纱由不饱和聚酯树脂与固化剂、促 进剂按一定比例配置的胶液浸透后，按设定程序缠 绕、固化制得内径为 10 cm 的管道。具体生产工艺 如下: 树脂 ∶固化剂 ∶促进剂= 100 ∶1. 5 ∶0. 5( 质量比) ; 纱团数量: 48 卷; 缠绕角: 54. 75°; 纱片宽度: 160 mm; 缠绕层数: 10 层; 固化工艺: 24 h 常温自然固化。

2. 4 性能测试

管道轴向拉伸强度按照 ASTM D2105 标准进 行测试。 玻纤含量按照 GB /T 2577—2005《玻璃纤维增 强塑料树脂含量试验方法》进行测试。 缠绕张力( 单位: N /根纱) 测试: 通过数显弹簧 秤匀速牵引玻璃纤维纱线，分别测试纱线出纱架时、 浸胶前、芯模前所得拉力 A、B、C。其中第一段张力 即为 A，第二段张力为 B-A，第三段张力为 C-B，总缠 绕张力为 C。

3 结果与讨论

采用 1200 tex 的 386、386T 和 316A 玻璃纤维， 在相同布局的同一缠绕生产线对比各段张力情况及 玻璃钢管道制品的玻纤含量和力学性能，不同玻璃 纤维产品在相同布局的同一缠绕生产线所产生的纤 维缠绕张力不同，最终导致了玻璃钢制品玻纤含量 之间的差异，甚至影响到管道表面的光洁度。分析 其原因可能主要是不同玻璃纤维产品的表面处理剂 ( 即浸润剂) 组分不同，导致玻璃纤维纱线的相对滑 爽性以及软硬存在差异，在纤维缠绕过程中与张力 装置、浸胶装置、刮胶装置等处的接触面大小以及摩 擦阻力的不同进而体现在最终纤维缠绕张力大小的 不同上; 同时可以看出较大的缠绕张力易使玻璃纤 维在张力装置等各接触点产生磨损，出现单丝断裂 及毛羽，从而影响玻璃钢制品的表面光洁度。

4 结论与建议

( 1) 纤维缠绕张力大小由玻璃纤维纱线的软 硬、滑爽性以及缠绕设备的工艺位置决定，并直接影 响最终玻璃钢制品的玻纤含量，即总纤维缠绕张力 越大，玻纤含量相对越高，反之亦然，换而言之，亦可通过玻纤含量的设计指标来调整纤维缠绕张力的 大小;
( 2) 浸胶前纤维缠绕张力的大小影响总缠绕张 力和玻璃钢制品的表面光洁度，张力过大易导致纤 维相对磨损严重，产生大量毛羽，同时导致玻璃钢制 品的表面光洁度变差; 张力过小易导致纱线在纱架 与胶槽之间不断产生严重的滑落情况，影响正常生 产和管道的表面质量及性能。一般建议浸胶前纱线 张力以纱架与胶槽之间纱线不产生滑落现象为宜， 最终通过浸胶后的张力装置、刮胶装置调节总缠绕 张力大小调节;
( 3) 通过 3 种玻璃纤维直接纱对比试验分析，发 现 316A 玻璃纤维各方面性能最优，其次为 386T 玻 璃纤维，其中 316A 更适用于第一、第二段工艺复杂、 张力较大的缠绕设备，相比较而言，386T 玻璃纤维 更适用于浸胶后纤维缠绕张力较大的缠绕生产线。



 

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