1. 前言 

      由于受原材料及工藝控制手段等所限，早期特別是在航空航天等領(lǐng)域，纏繞成型多采用預(yù)浸帶干法形式進(jìn)行。這種成型方法生產(chǎn)環(huán)境較好，可獲得性能優(yōu)秀的復(fù)合材料制品，然而所需設(shè)備復(fù)雜，投資較大，產(chǎn)品成本較高。濕法纏繞成型是在增強(qiáng)材料經(jīng)過樹脂浴后直接纏繞在芯模上固化成型，樹脂的潤滑作用可減少增強(qiáng)紗帶傳遞中的磨損，有利于纖維的強(qiáng)度發(fā)揮。更重要的是，由于省略了預(yù)浸帶制作步驟，濕法纏繞成型所需設(shè)備簡單，工序少而生產(chǎn)周期較短，可有效提高生產(chǎn)效率和降低制造成本。資料表明，以濕法纏繞取代干法纏繞，成本約降低40%。因此，在制品的纏繞成型中，有以濕法纏繞取代干法纏繞成型的趨勢。限制濕法纏繞成型廣泛應(yīng)用的主要因素主要有①適于濕法纏繞成型的樹脂基體種類較少;②濕法纏繞工藝控制較難控制等。

2. 濕法纏繞用增強(qiáng)材料 

       纏繞成型用增強(qiáng)材料主要玻璃纖維、芳綸纖維和碳纖維。玻璃纖維是應(yīng)用最早的增強(qiáng)材料，最初是普通的E玻璃纖維。上世紀(jì)60年代高強(qiáng)玻璃纖維問世，立即得到廣泛應(yīng)用。芳綸纖維問世于上世紀(jì)70年代，拉伸強(qiáng)度與高強(qiáng)玻璃纖維相當(dāng)，但密度只有1.45，，比強(qiáng)度為當(dāng)時(shí)最高水平，于上世紀(jì)70一80年代成為復(fù)合材料固體火箭發(fā)動機(jī)殼體的主要增強(qiáng)材料。碳纖維出現(xiàn)比較早，但由于初期的碳纖維斷裂延伸率較低，限制了其在許多結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。另外，碳纖維的密度較大，影響了該種纖維的競爭力。

       由于在濕法纏繞中樹脂基體不允許添加非活性的溶劑而粘度較大，為保證纏繞過程中增強(qiáng)材料被充分浸透，相對于干法纏繞，濕法纏繞要求增強(qiáng)材料有更好的浸潤性。在以上3種主要增強(qiáng)材料中玻璃纖維對樹脂的浸潤性最好，因此較適應(yīng)于濕法纏繞工藝。芳綸纖維屬有機(jī)纖維，其橫斷面是典型的“皮芯”結(jié)構(gòu)，皮層是剛性聚合物大分子伸直排列成較為完善的原纖結(jié)構(gòu)，包圍著較為松散的微晶芯層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)決定了纖維的縱向強(qiáng)度較高，橫向強(qiáng)度低而易發(fā)生纖維劈裂。濕法纏繞工藝使浸漬樹脂的纖維直接纏繞在芯模上，簡化了預(yù)浸漬后的卷紗工序，減少了纖維卷繞中表層損傷的機(jī)會。美國與原蘇聯(lián)的芳綸纖維纏繞固體火箭發(fā)動機(jī)殼體大都采用濕法纏繞工藝成型。碳纖維與樹脂的浸潤性不好，但生產(chǎn)廠家在出廠前通過添加涂層材料改善了碳纖維的浸潤性，使其能夠用于濕法纏繞。另外，碳纖維屬于脆性材料，而濕法工藝使纖維在樹脂的潤滑下減少了纏繞過程中的磨損消耗，這使得碳纖維較適于濕法纏繞工藝。隨著碳纖維制造技術(shù)的發(fā)展，碳纖維有望在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域完全取代芳綸纖維。

       隨著技術(shù)研究的進(jìn)步，目前出現(xiàn)了更高性能的有機(jī)纖維，如超高分子量聚乙烯纖維、PBo纖維等。這類纖維特點(diǎn)是具備超高強(qiáng)度的性能，而分子鏈結(jié)構(gòu)上含有較少或不含有極性基團(tuán)，表面惰性較強(qiáng)，與樹脂基體的浸潤和粘接性較差。王百亞等人對PBo纖維的濕法纏繞工藝性進(jìn)行了初步的研究。結(jié)果表明，PBo和環(huán)氧基體間結(jié)合較差，難以發(fā)揮PBo纖維的高強(qiáng)特性。PBo纖維的表面電暈處理對其浸潤性改善并不明顯。該類纖維應(yīng)用于濕法纏繞尚需進(jìn)行較多的研究。

       濕法纏繞成型用增強(qiáng)材料的形式主要為無捻粗紗。由于無捻粗紗合股后形成的纖維帶束內(nèi)，纖維少間排布有重疊、交叉和空隙，參與合股的粗紗各自的張力大小不均勻，因此力學(xué)性能未得到充分發(fā)揮。用編制布纏繞可獲得橫向剪切和壓縮性能大大優(yōu)于纖維纏繞的復(fù)合材料，尤其是對于在多重載荷下工作的部件，布帶纏繞可獲得較高的結(jié)構(gòu)效率。然而關(guān)于布帶濕法纏繞的研究尚較為少見。據(jù)國外報(bào)道，Owen和Griffith采用不飽和聚酯作樹脂基體，成功地通過玻璃布帶濕法纏繞制得了一種薄壁圓筒，用于測試靜力性能和疲勞性能。

3. 濕法纏繞用樹脂基體的研究 

       對于濕法纏繞成型用基體樹脂，除要求能提供優(yōu)秀的熱機(jī)電性能外，還要求其在工作溫度下具有較低的初始粘度以及在該溫度下保持較長時(shí)間(即適用期)的低粘度狀態(tài)。常用的基體樹脂主要有不飽和聚酯及環(huán)氧樹脂等。 

       不飽和聚酯的突出優(yōu)點(diǎn)是粘度低、價(jià)格便宜，但其凝膠速度較快、固化產(chǎn)物綜合性能不高，主要應(yīng)用于要求不高的民用低壓結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。目前濕法纏繞用不飽和聚酯研究的主要方向是高性能化、延長并使其凝膠時(shí)間可控化。周文英等人開發(fā)出了一種不飽和聚酯體系，用于環(huán)保水處理容器濕法纏繞成型。

       NOL環(huán)實(shí)驗(yàn)及容器疲勞、爆破試驗(yàn)表明，該配方體系粘度低而纏繞工藝性能優(yōu)異、韌性好、與玻璃纖維界面粘接效果好、纖維強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率在80%以上，伸用其纏繞成型的水處理容器力學(xué)性能不低于原環(huán)樹脂體系，然而成本是原體系的一半。

       由于良好的粘接性、耐化學(xué)腐蝕性及低收縮性等性能，環(huán)氧樹脂在先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但相對于不飽和聚酯而言，環(huán)氧樹脂具有價(jià)格昂貴、粘度較大等缺點(diǎn)。在作為濕法纏繞用樹脂基體時(shí)，目前的研究主要是在不過度降低樹脂的熱機(jī)電性能的基礎(chǔ)上，改善其濕法工藝性，即通過選擇適當(dāng)?shù)南♂寗﹣斫档腕w系的粘度;通過選擇適當(dāng)?shù)墓袒瘎┖痛龠M(jìn)劑降低體系的固化溫度、延長體系的適用期。張春華等人以環(huán)氧樹脂TDE一85為主體樹脂、采用一種自制的改性芳香胺為固化劑制得一種低粘度樹脂體系。25℃粘度僅為0.41Pa.s，8h后粘度低于0.6Pa.s，表明該體系的適用期較長。以90℃/2h+120℃/lh+160℃/3h的固化制度固化后的澆注體拉伸強(qiáng)度達(dá)97MPa，拉伸模量達(dá)3.8GPa，斷裂延伸率達(dá)4.3%。通過濕法纏繞Φ150mm小容器研究了該樹脂基體和T-700碳纖維的浸潤性。結(jié)果顯示，纖維強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率高達(dá)86.5%，壓力容器特性系數(shù)(PV/WC)值高達(dá)39. 8km.

       王斌等人對濕法纏繞用環(huán)氧樹脂配方進(jìn)行了一系列的研究。針對芳綸纖維，通過復(fù)配不同的稀釋劑和固化劑制得一系列的濕法配方。選用HR18A進(jìn)行了濕法纏繞工藝性的初步研究，結(jié)果表明，芳綸NOL環(huán)剪切強(qiáng)度約51-55MPa，強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率在87%以上，Φ150mm小容器PV/Wc值達(dá)36.3km。針對車用天然氣全復(fù)合材料高壓氣瓶的應(yīng)用特點(diǎn)，以環(huán)氧樹脂E-51為主體樹脂、具有韌性的DDM為固化劑，通過添加活性稀釋劑和自制促進(jìn)劑制得一種中溫固化環(huán)氧配方HE2。該樹脂體系初始粘度為0.72 Pa. s，10h后粘度僅增加至2.32 Pa.s，表明體系有較長的適用期。 

       為滿足固體火箭發(fā)動機(jī)殼體對樹脂基體高韌性和高耐熱性的要求，陳平等人以T-51TDE-85為主體樹脂，通過向體系中添加耐高溫組分改性雙馬來酰亞胺共聚物和經(jīng)增韌劑改性DDM固化劑，分別制得耐高溫濕法纏繞用樹脂配方和高韌性濕法纏繞用環(huán)氧配方。以高韌性配方為基體、T-700碳纖維為增強(qiáng)材料濕法纏繞Φ150mm了小容器。試驗(yàn)結(jié)果表明，碳纖維的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率高達(dá)89.4%，PV/Wc值高達(dá)40.1 km，說明該基體與T-700碳纖維有良好的相容性。

4. 濕法纏繞成型工藝的研究 

       濕法纏繞用增強(qiáng)材料和樹脂基體是濕法纏繞成型順利進(jìn)行的必要物質(zhì)條件，但制品的性能和材料性能的充分發(fā)揮很大程度上決定于纏繞工藝的執(zhí)行狀況。與干法成型相比，濕法纏繞成型最大的困難在于含膠量和膠液均勻分布的精確控制。在濕法纏繞工藝中影響含膠量的因素有很多，如纏繞張力、樹脂粘度以及刮膠系統(tǒng)等。這些因素之間互相影響，從而決定了濕法纏繞工藝控制的難度。目前，對于濕法纏繞工藝的系統(tǒng)研究尚較少見諸報(bào)道，而濕法纏繞成型的應(yīng)用主要在要求不高的民用建材、管道等領(lǐng)域。任鵬剛等人將纖維濕法纏繞技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料空心絕緣子的成型，對其進(jìn)行了濕法成型工藝的初步研究。結(jié)果表明，纖維濕法纏繞優(yōu)于真空浸漬的布帶纏繞成型方法，可獲得密實(shí)性、防水?dāng)U散性較好的材料。 

       劉炳禹等人在碳纖維復(fù)合材料錐形殼體的成型中初步探討了濕法纏繞成型工藝，較的纏繞張力有利于紗帶充分浸漬液,并擠出富余膠液而使材料更加密實(shí)但張力過大使紗帶在傳遞過程中發(fā)生磨損.含膠量呈逐漸減少趨勢。研究認(rèn)為這是因?yàn)榧啂Юp繞到芯模上后，在張力作用下紗帶上的膠液向外遷移造成的。 

       濕法纏繞中纏繞張力是很重要的工藝參數(shù)。較大的纏繞張力有利于紗帶充分浸漬膠液，并擠出富余膠液而使材料更加密實(shí)。但張力過大會使紗帶在傳遞過程中發(fā)生磨損，而不利于纖維強(qiáng)度的發(fā)揮，同時(shí)也會造成過度擠膠是制品含膠量過低。陳世樂等人研究了T-700和T-800碳纖維濕法纏繞中張力對強(qiáng)度發(fā)揮的影響，發(fā)現(xiàn)高模質(zhì)量T-800脆性較大、抗磨能力較差，比T-700更易在纏繞過程中磨損。纖維纏繞中發(fā)生的纖維磨損是影響纖維強(qiáng)度轉(zhuǎn)換的重要因素，因此降低纏繞張力在一定程度上可提高纖維發(fā)揮強(qiáng)度。但張力減小到一定程度時(shí)會降低層間剪切強(qiáng)度，從而也不利于纖維強(qiáng)度的整體發(fā)揮。濕法纏繞碳纖維張力范圍一般為纖維斷裂強(qiáng)力的3一8%。對T-800而言，上限應(yīng)小于4%，即T-800碳纖維的張力應(yīng)選擇在40一48N每團(tuán)之間，T-700可高于50N每團(tuán)。

5. 結(jié)論與展望 

       目前常用的增強(qiáng)材料均可用于濕法纏繞成型,而新出現(xiàn)的超強(qiáng)有機(jī)纖維，如超高分子量聚乙烯纖維、PBO纖維等，由于表面惰性較大，欲用于濕法纏繞成型尚需進(jìn)一步的研究。適用的樹脂基體種類較少是限制濕法纏繞獲得進(jìn)一步應(yīng)用的主要限制因素之一，目前已研制出了一些性能優(yōu)異的環(huán)氧和非環(huán)氧濕法纏繞用配方。今后的研究方向應(yīng)著力于解決配方中低溫可固化和常溫適用期之間的矛盾，在降低體系固化溫度的同時(shí)延長體系的適用期。濕法纏繞工藝是影響制品性能的重要因素之一。針對于此，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)集中于膠液粘度、纏繞張力以及擠膠狀況對含膠量的影響，做到在纏繞工藝中使樹脂粘度可調(diào)，并精確量化纏繞張力與含膠量以及制品性能之間的關(guān)系。

       纏繞成型已經(jīng)成為復(fù)合材料制造工藝中最重要的手段之一相對于預(yù)浸帶干法成型而言，濕法纏繞成型不需要事先制備和冷藏預(yù)浸帶，所需設(shè)備簡單，制造工序得到簡化，因此可有效降低復(fù)合材料的制造成本。鑒于日益激烈的市場競爭及不斷增加的成本壓力，濕法纏繞成型必將會得到較大的發(fā)展，尤其在目前干法纏繞成型占據(jù)統(tǒng)治地位的航空航天等先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域，濕法纏繞成型有可能取代干法成型。