11.16 玻璃鋼纏繞工藝解析與生產注意事項

玻璃鋼(FRP)亦稱作GFRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其製品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱為玻璃鋼，不同於鋼化玻璃。

纖維纏繞工藝是樹脂基複合材料製造工藝之一。纏繞的主要形式有三種環向纏繞、平面纏繞及螺旋纏繞。三種方法各有特點，溼法纏繞方式因其對設備的要求相對簡單和製造成本較低而應用最為廣泛。

維纏繞工藝是樹脂基複合材料的主要製造工藝之一。是一種在控制張力和預定線型的條件下，應用專門的纏繞設備將連續纖維或布帶浸漬樹脂膠液後連續、均勻且有規律地纏繞在芯模或內襯上，然後在一定溫度環境下使之固化，成為一定形狀製品的複合材料成型方法。纖維纏繞成型工藝示意圖1-1。

纏繞的主要形式有三種（圖1-2 ):環向纏繞、平面纏繞及螺旋纏繞。環向纏繞的增強材料與芯模軸線以接近90度角（通常為85-89度）的方向連續纏繞在芯模上，平面纏繞的增強材料以與芯模兩端極孔相切並在平面內的方向連續纏繞在芯模上，螺旋纏繞的增強材料也與芯模兩端相切，但是在芯模上呈螺旋狀態連續纏繞在芯模上。

纖維纏繞技術的發展與增強材料、樹脂體系的發展和工藝發明息息相關。儘管在漢代就有在長木杆外加縱向竹絲及環向蠶絲後浸漬大漆製造戈、戟等長兵器杆的工藝，但直到20世紀50年代纖維纏繞工藝才真正成為一種複合材料製造技術。1945年首次應用纖維纏繞技術成功製造了無彈簧的車輪懸掛裝置，1947年第一臺纖維纏繞機被髮明。隨著碳纖維、芳綸纖維等高性能纖維的開發和微機控制纏繞機的出現，纖維纏繞工藝作為一種機械化生產程度很高的複合材料製造技術，得到迅速的發展，20世紀60年代開始在幾乎所有可能的領域都得到了應用。

根據纏繞時樹脂基體所處的化學、物理狀態不同，纏繞工藝可分為幹法、溼法及半乾法三種:

1．幹法

幹法纏繞採用經過事先浸膠而處於B階段的預浸紗帶。預浸紗帶是在專門的工廠或車間製造與提供的。幹法纏繞時，在纏繞機上需先對預浸紗帶進行加熱軟化處理後再纏繞到芯模上。由於可以在纏繞前對預浸紗帶的含膠量、膠帶尺寸及質量進行檢測和篩選，因而可以較準確地控制製品質量。幹法纏繞的生產效率較高，纏繞速度可達100-200m/min,工作環境也較清潔。但幹法纏繞設備比較複雜且造價很高，纏繞製品的層間剪切強度也較低。

2．溼法

溼法纏繞是將纖維經集束、浸膠後，在張力控制下直接纏繞在芯模上，然後再固化成型。溼法纏繞的設備比較簡單，但由於紗帶浸膠後立即纏繞，在纏繞過程中對製品含膠量不易控制和檢驗，同時膠液中的溶劑固化時易在製品中形成氣泡、孔隙等缺陷，纏繞時張力也不易控制。同時，工人在溶劑揮發氣氛和纖維短毛飛揚的環境中操作，勞動條件較差。

3．半乾法

與溼法工藝相比，半乾法是在纖維浸膠到纏繞至芯模的途中增加一套烘乾設備，將紗帶膠液中的溶劑基本上驅趕掉。與幹法相比較，半乾法不依賴一整套複雜的預浸漬工藝設備。雖然製品的含膠量在工藝過程中與溼法一樣不易精確控制且比溼法多一套中間烘乾設備，工人的勞動強度更大，但製品中的氣泡、孔隙等缺陷大為降低。

三種方法各有特點，溼法纏繞方式因其對設備的要求相對簡單和製造成本較低而應用最為廣泛。三種纏繞工藝方法的優缺點比較見表1-1。

纏繞成型工藝主要應用

一、玻璃鋼貯罐

貯運化工腐蝕液體，如鹼類、鹽類、酸類等，採用鋼罐很容易腐爛滲漏，使用期限很短。改用不鏽鋼成本較高，效果也不及複合材料。採用纖維纏繞地下石油玻璃鋼貯罐，可防止石油洩漏，保護水源。用纖維纏繞工藝製成的雙層壁複合材料玻璃鋼貯罐和玻璃鋼管道，己在加油站獲得廣泛應用

二、玻璃鋼管道

纖維纏繞管道製品因其強度高、整體性好、綜合性能優異、容易實現高效的工業化生產，綜合運營成本較低而被廣泛地應用於煉油廠管道、石油化工防腐管道、輸水管道、天然氣管道和固體顆粒（如粉煤灰和礦物）輸送管道等方面。

三、玻璃鋼壓力製品

纖維纏繞工藝可用於製造承受壓力（內壓、外壓或兩者兼俱）的玻璃鋼壓力容器（包括球形容器）和玻璃鋼壓力管道製品。

玻璃鋼壓力容器多用於軍工方面，如固體火箭發動機殼體、液體火箭發動機殼體、玻璃鋼壓力容器、深水外壓殼體等。玻璃鋼纏繞壓力管道可充裝液體和氣體，在一定壓力作用下不滲漏、不破壞，如海水淡化反滲透管和火箭發射管等。先進複合材料的的優異特性使纖維纏繞工藝製備的多種規格火箭發動機殼體和燃料儲箱得到成功的應用，成為現在乃至將來發動機發展的主方向。它們包括小到直徑只有幾釐米的調姿發動機殼體，大到到直徑3米的大型運輸火箭的發動機殼體。

玻璃鋼纏繞管道的修復方法

1、複合材料製品表面發粘，其主要原因如下：

a）空氣中溼度大。由於水蒸氣對不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂均有延緩、阻聚的作用，甚至能造成表面永久發粘，製品長期固化不完全等缺陷。因此要保證在相對溼度低於80%的情況下進行復合材料製品的製作。

b）不飽和聚酯樹脂中石蠟加得太少或石蠟不符合要求而導致空氣中氧的阻聚作用。除加適量的石蠟外，還可以用其它方法（如加玻璃紙或聚醋薄膜）將製品表面與空氣隔絕。

c）固化劑、促進劑用量不符合要求，因此在配置膠液時應嚴格按技術文件規定的配方控制用量。

d）對於不飽和聚酯樹脂而言，苯乙烯揮發太多造成樹脂中的苯乙烯單體不足。這一方面要求樹脂膠凝前不能加熱，另一方面環境溫度不宜太高（通常30攝氏度為宜），且通風量不宜太大。

2、製品氣泡太多，其原因如下：

a)趕壓氣泡不徹底，每一層鋪敷、纏繞都要用輥子反覆滾壓，輥子應做成環向鋸齒型或縱向槽型。

b)樹脂粘度太大，在攪拌或塗刷時，帶入樹脂中的空氣泡不能被趕出。需要加入適量的稀釋劑。不飽和聚酯樹脂的稀釋劑為苯乙烯；環氧樹脂的稀釋劑可選用乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯等非活性或甘油醚類的活性稀釋劑。呋喃樹脂和酚醛樹脂的稀釋劑為乙醇。

c）增強材料選用不當，應重新考慮所用增強材料的種類。

d）操作工藝不當，應根據樹脂及增強材料種類的不同，選擇適當的浸膠、塗刷、滾壓角度等工藝方法。

3、製品的分層現象，原因如下：

a)纖維織物未做前處理，或處理不夠。

b)織物在纏繞過程中張力不夠，或氣泡過多。

c)樹脂用量不夠或粘度太大，纖維沒有被浸透。

d)配方不合理，導致粘接性能差，或固化速度過快、過慢造成。

e)後固化時，工藝條件不合適（一般是過早熱固化或溫度過高)。

無論何種原因造成的分層現象，都必須徹底剷除分層部分，並用角向磨光機或拋光機打磨掉缺陷區以外周邊的樹脂層，寬度不小於5cm,然後再按工藝要求重新進行鋪層。

對於以上各種缺陷，不管何種原因，都應採取適當的辦法徹底消除，以達到質量要求。

玻璃鋼管道引起分層的原因及解決辦法

玻璃鋼夾砂管道分層引起玻璃鋼管分層的原因：

原因：①膠布太老； ②膠布膠量太少或不均勻； ③熱輥溫度太低，樹脂熔化不好，膠布不能很好地粘住管芯； ④膠布張力小； ⑤油性脫模劑用量太多，沾汙芯布。

解決辦法：

①膠布的含膠量、可溶性樹脂含膠量都要符合質量要求； ②熱輥溫度調高點，使膠布經過熱輥時，膠布已發軟發粘，能牢固地粘好管芯； ③調整膠布張力； ④不用油性脫摸劑或減少其用量。

玻璃綱管內壁起泡

其原因是：主要是引頭布沒貼緊管芯。

解決辦法：操作時要注意，一定要把引頭布貼緊貼平在管芯上。

玻璃鋼管固化後起泡或起皺管子固化後起泡的主要原因是膠布揮發物含量太大，而卷制溫度較低，卷制速度快，膠布的揮發物來不及揮發掉，以致於殘留在管內。當管子加熱固化時，其殘留揮發分受熱澎脹以致管子出現起泡。

解決辦法：控制膠布揮發物含量，適當提高卷制溫度，放慢卷制速度。

管子固化後起皺的原因是膠布含膠量高。解決辦法：適當降低膠布的含膠量，降低卷制溫度。

玻璃鋼管耐電壓不合格

產生原因： ①卷制時膠布張力不足，卷制溫度低或卷制速度快，使布與布之間粘結不好，管子中揮發物殘留量多； ②管子固化不完全。

解決辦法： ①提高膠布張力，提高卷制溫度或放慢卷制速度； ②調整固化工藝，保證管子固化完全。

應注意的問題：

1、由於密度小，材質輕，在地下水位較高地區安裝玻璃鋼管極易浮管，必需考慮設置鎮墩或雨水徑流疏導等抗浮措施。

2、在已裝玻璃鋼管上開三通、修補管道裂縫等施工中，要求類似與廠房內的完全乾燥條件且施工時使用的樹脂及纖維布還需7—8小時固化，而現場施工與補修一般很難達到此要求。

3、現有地下管線探測設備主要以探測金屬管線為主，而非金屬管道探測儀器價格昂貴，因此玻璃鋼管埋地後目前無法探測，其它後續施工單位在施工中極易挖傷、損壞管道。

4、玻璃鋼管防紫外線能力差。目前明裝玻璃鋼管通過在其表面製作0.5mm厚的富樹脂層和紫外線吸收劑（廠內加工），來延緩老化時間。隨著運行時間的推移，富樹脂層和紫外線吸收劑會遭到破壞，從而影響其使用壽命。

5、覆土深度要求較高。一般車行道下SN5000級玻璃鋼管最淺覆土不小於0.8m；最深覆土不大於3.0m；SN2500級玻璃鋼管最淺覆土不小於0.8m；最深覆土不大於1.2m（12mm厚鋼板卷管最小和最深覆土分別為0.7m和4.0m）。

6、回填土中不得含有大於50mm的磚、石等硬物，以免損傷管道外壁。

7、目前尚未見到有關全國大型水司大規模使用玻璃鋼管的報道，而由於玻璃鋼管是新型管材，故使用壽命到底如何尚不得而知。

高壓玻璃鋼管漏失原因、處理方法及防治措施

1、漏失原因分析

玻璃鋼管道是一種連續玻璃纖維增強熱固性樹脂管道，碎性大不能承受外界衝擊力，使用中受內外因素的影響，有時出現漏失(滲漏、爆裂)，嚴重地汙染了環境，影響了注水時率。經過現場調查與分析，漏失主要有以下原因。

1.1、玻璃鋼性能影響

由於玻璃鋼是一種複合材料，在材料、工藝受外界條件影響嚴重，主要有以下影響因素：

(1)合成樹脂的種類和固化度的影響，主要是樹脂的質量，樹脂稀釋劑和固化劑，玻璃鋼膠料配方等。

(2)玻璃鋼構件的結構和玻璃纖維材料的影響，玻璃鋼構件的複雜程度，直接影響加工工藝質量，材料不同，介質要求不同，也會引起加工工藝複雜化。

(3)環境的影響，主要是生產介質、大氣溫度、溼度環境影響等。

(4)加工方案的影響，加工工藝方案是否合理直接影響施工質量。

由於材料、人員操作、環境影響和檢測手段等方面的因素，玻璃鋼性能下降，會出現極少數管壁局部不達標，內外螺絲有暗裂紋等現象，在檢查中難以發現，只有在使用過程中才會顯露出來，它屬產品質量問題。

1.2、外部損傷

玻璃鋼管在長途運輸、裝卸施工過程中，都有嚴格的規定。如果不用軟吊帶，長途運輸不使用木板鋪墊，運輸車管線超過車廂1.5M以上，在施工回填中，距管周圍0.20mm，用石頭、磚塊、直接回填，都會造成玻璃鋼管的外部損傷。在施工時，沒有及時發現，使用壓力過載發生漏失。

1.3、設計問題

高壓注水壓力高、振動大，玻璃鋼管：布管交錯，在軸向和橫向突然變化而產生推力，使絲扣脫節和爆裂。此外在鋼製轉換接頭、計量站、井口、流量計與玻璃鋼管連接部分，因振動材質不同，造成玻璃鋼管發生漏失。

1.4、施工質量問題

玻璃鋼管施工直接影響使用壽命。施工質量主要表現在埋深達不到設計，跨越公路、排水渠等不穿保護套管，套管內不按規範加扶正器、止推座、固定支座、減工減料等，這些都是造成玻璃鋼管漏失的原因。

1.5、外部因素

玻璃鋼注水管線經過地域廣，大多數在農田或者排水溝渠附近。標誌樁使用年限長被盜．農村鄉鎮每年用機械化進行水利基本建設造成管線損壞而發生漏失。

1.6、操作失誤

注水壓力高、衝擊性大，玻璃鋼管不能受載荷的衝擊。在投入使用後，操作人員錯倒流程憋壓，操作不平衡，這些都會造成玻璃鋼管線漏失。

2、防治措施

根據SY／T6267—1996《高壓玻璃纖維管線》、J／QH0789—2000帶扣玻璃鋼管道施工及驗收規範》。哈爾濱斯達玻璃鋼有限公司《螺紋連接玻璃鋼管線系統安裝說明》，並參照GB1350235—97《工業金屬管道工程施工及驗收規範》，防止質量通病，抓好每一工序的施工，把好施工質量關，針對上述6種漏失原因，提出防治措施(見表1)。

3、解決方法

玻璃鋼管線發生漏失後，要立即採取措施，防止造成汙染環境。最有效的施工方法是切割造錐利用鋼製轉換接頭連接。主要工序是停產→找漏失點→開挖→回收汙水→現場螺紋安裝→安裝鋼轉→焊接→試壓→管溝回填→投產。施工管件連接方式(見圖1)

施工注意事項：

(1)切割造錐前，按HSE體系施工要求，中心區域拉警示帶，進入施工路段必須擺放警示牌。發生漏失後切斷注水源，使壓力降為零，開挖後及時回收汙水，防止管溝塌方傷人。

(2)玻璃鋼管鋸斷後，舉升高度不超過1m，角度不能大於10℃，切割造錐時，在地面施工安全方便，最高差達2m以上(管道深埋1m)，從漏失點開挖兩邊至少20m以上。

(3)現場螺紋安裝

現場螺紋安裝工序：切割→錐度割削→粘合現場螺紋→加熱固化。切割離漏失點最好0.3m以上，選擇合適的棘輪鍍變磨削機(廠家配有專用工具)，錐面必須乾淨、無油脂、無粉塵、無水分、膠粘劑攪拌均勻，將現場螺紋與管端鍍度粘接趕出粘合面氣泡，用手轉動擰緊。膠粘劑固化時間，根據環境溫度確定，環境溫度與固化時間如表2。

冬季施工氣溫低，注水停產時間不能超過24 h，採用電熱帶加熱固化方法，可縮短施工的時間。根據施工經驗和膠粘劑的特點，在3—4 h固化達最佳效果，也使施工停產總時間控制在8 h以內，電熱帶加熱控制在30—32℃，時間3 h，冷卻0.5 h，電熱帶的功率要求

(4)安裝鋼製轉換接頭，現場外螺紋與鋼製轉換內螺紋必須乾淨，密封脂塗均勻，沒有扭矩帶板手，用手上緊後，再緊二週，有扭矩帶板手，按轉動扭矩近似值表上緊(見表4)。

(5)焊接作業人員持證上崗，在焊接過程中，鋼製轉換接頭做好降溫，溫度不能超過40℃，否則燒壞現場螺蚊而發生漏失。

(6)管溝回填。管道周圍0.2m以內，用砂土或軟土回填後高於自然地面0.3m。

4、結論和建議

(1)高壓玻璃鋼管線並應用於江漢油田注水井和部分注水幹線的生產，解決了管線腐蝕穿孔，減少了汙染，延長了管線的使用壽命，節約了投資。

(2)通過實施，規範了高壓玻璃鋼管線補漏的施工工藝，提高了注水時率，保證了安全生產，做到了文明施工。從2005年來，平均補漏達47次，年增產原油產量達80多T。

(3)目前，對於中、高壓玻璃鋼管線(0.25 MPa～2.50MPa)，利用造錐、鋼製轉換接頭補漏，時間長、不防腐。隨著科學技術的進步，高強度性能優良的樹脂、引發劑、固化劑、促進劑和增強性材料不斷產生，對中、高壓玻璃鋼管線採用粘合劑接口，有待於下步研究。

纏繞產品系列問題解決方案

玻璃鋼纏繞製品在生產完成後，製品質量會出現各種問題，這些問題在針對性分析原材料、添加劑、工藝過程等因素後，均能有效消除和避免。下面介紹的是纏繞製品中常見的一個問題——空隙。

空隙的基本類型

1、氣泡在纖維束內部，被纖維束包裹，沿纖維束方向形成。

2、空隙主要出現在層間和樹脂聚積部位的凹坑處。

空隙原因分析

1、增強材料未被基體樹脂完全浸漬，在纖維材料中殘留一部份空氣，被四周固化了的樹脂所封閉。

2、膠液本身的間題。一是膠液在配製工藝中混進了空氣，這些空氣未能及時徹底排除；另外膠液在膠凝、固化中，由於化學反應產生了小分子，這些低分子物沒能及時逸出。

減少空隙的措施

1、優選材料

根據原材料特性，選擇相互匹配的原材料。

2、強化浸漬

浸漬是複合材料成型工藝中重要的環節，是出現氣泡或空隙多少的工藝關鍵。因此必須強化浸漬，以減少氣泡，提高產品質量。

3、控制混料

樹脂在使用前，會加入引發劑、促進劑、交聯劑、粉狀填斟、阻燃劑、抗靜電劑和顏料等。在加入與混合時，會帶進許多空氣，必須採取措施排除。

4、調好膠糟

浸膠是製造玻璃鋼/複合材料的重要工藝過程，如果玻璃纖維無捻粗紗浸漬性不好或膠液不充足，這樣通過膠槽後會有白絲現象產生。

5、輥壓制品

當有白絲紗纏到芯模上，只靠芯模轉動元法消除這種現象。必須依靠廠輥的滾壓才能消除。輥壓不僅有利於浸漬，也能使製品密實，使多餘處的膠液流向欠缺的部位或流走，減少空隙或氣泡，使製品更貼合，更緻密，性能更優異。

6、減少架橋

所謂架橋是指製品膠紗線架空的現象，端部和筒身都存在這種現象。

（1）如果設備製造粗糙，精度不良，運行時不穩定，排紗出現忽緊忽疏，忽而重疊忽而分開，不能實現原定的規律性佈線，易出現纖維的架空。這時應及時進行檢修、改進裝備。

（2）須凋整好實際紗片寬度等於或接近於設計計算的紗片寬度。

（3）控制好含膠量。

（4）纖維的號數、捻度、樹脂粘度及纖維表面處理都對纏繞纖維的架空有一定的影響。

（5）環境溫度對纖維的架空也有一定的影響。

纖維纏繞製品的檢驗與修復

纖維纏繞複合材料製品的檢驗

對於纖維纏繞成型的複合材料製品，一般要注意以下幾方面的檢驗。

1、外觀檢驗

（1）、氣泡：耐腐蝕層表面允許最大氣泡直徑為5MM，每平方米直徑不大於5mm的氣泡少於3個時，可不予修補，否則，應將氣泡劃破修補。

（2）、裂紋：耐腐蝕層表面不得有深度0.5mm以上的裂紋。增強層表面木得有深度為2mm以上的裂紋。

（3）、凸凹（或皺紋）：耐腐蝕層表面應光滑平整，增強層的凸凹部分厚度應不大於厚度的20%。

（4）、返白：耐腐蝕層不應有返白處，增強層返白區最大直徑 應不超過50mm。

2、尺寸檢驗

按照圖紙要求，採用合適精度與量程的計量量具對製品的尺寸進行檢驗。

3、固化度和襯裡微孔的檢查

（1）、現場檢查

a）手觸複合材料製品表面無粘手的感覺。

b）用乾淨棉紗蘸取丙酮放於製品表面觀察，棉紗是否變色。

c）用手或硬幣敲擊製品發出的聲音是模糊還是清脆。

若手感覺發粘、棉紗變色、聲音模糊，即認為製品表面固化不合格。

（2）、呋喃複合材料固化度簡易檢驗

取一試樣浸入盛有少量丙酮的燒杯中，封口，浸泡24小時，以試樣表面光滑完整，丙酮不變色作為固化的標誌。

（3）、製品固化度的檢驗與測試

通過測試巴氏硬度來間接地考核複合材料的固化程度，採用巴氏硬度計，其型號可以為HBa—1型或GYZJ934—1型，用測得的巴氏硬度換算出近似固化度。固化比較理想的纏繞複合材料製品的巴氏硬度一般為40—55。也可按照GB2576—89的相關規定準確測試製品固化度。

（4）、襯裡微孔檢測

必要時，複合材料襯裡採用電火花檢測器或微孔檢測儀進行抽樣檢查。

4、製品性能檢 測

依據作業指導文件要求的測試內容和規定的測試標準對製品熱、物理和機械性能進行測試，為製品的驗收提供依據。

5、損檢測

必要時需對產品進行超聲波掃描、X射線、CT、熱成像等的無損檢測，準確分析和判定製品內部缺陷。

製品缺陷分析、控制措施與修復

1、複合材料製品表面發粘，其主要原因如下：

a）空氣中溼度大。由於水蒸氣對不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂均有延緩、阻聚的作用，甚至能造成表面永久發粘，製品長期固化不完全等缺陷。因此要保證在相對溼度低於80%的情況下進行復合材料製品的製作。

b）不飽和聚酯樹脂中石蠟加得太少或石蠟不符合要求而導致空氣中氧的阻聚作用。除加適量的石蠟外，還可以用其它方法（如加玻璃紙或聚醋薄膜）將製品表面與空氣隔絕。

c）固化劑、促進劑用量不符合要求，因此在配置膠液時應嚴格按技術文件規定的配方控制用量。

d）對於不飽和聚酯樹脂而言，苯乙烯揮發太多造成樹脂中的苯乙烯單體不足。這一方面要求樹脂膠凝前不能加熱，另一方面環境溫度不宜太高（通常30攝氏度為宜），且通風量不宜太大。

2、製品氣泡太多，其原因如下：

a）趕壓氣泡不徹底，每一層鋪敷、纏繞都要用輥子反覆滾壓，輥子應做成環向鋸齒型或縱向槽型。

b）樹脂粘度太大，在攪拌或塗刷時，帶入樹脂中的空氣泡不能被趕出。需要加入適量的稀釋劑。不飽和聚酯樹脂的稀釋劑為苯乙烯；環氧樹脂的稀釋劑可選用乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯等非活性或甘油醚類的活性稀釋劑。呋喃樹脂和酚醛樹脂的稀釋劑為乙醇。

c）增強材料選用不當，應重新考慮所用增強材料的種類。

d）操作工藝不當，應根據樹脂及增強材料種類的不同，選擇適當的浸膠、塗刷、滾壓角度等工藝方法。

3、製品的分層現象，原因如下：

a）纖維織物未做前處理，或處理不夠。

b）織物在纏繞過程中張力不夠，或氣泡過多。

c）樹脂用量不夠或粘度太大，纖維沒有被浸透。

d）配方不合理，導致粘接性能差，或固化速度過快、過慢造成。

e）後固化時，工藝條件不合適（一般是過早熱固化或溫度過高）。

無論何種原因造成的分層現象，都必須徹底剷除分層部分，並用角向磨光機或拋光機打磨掉缺陷區以外周邊的樹脂層，寬度不小於5cm，然後再按工藝要求重新進行鋪層。

對於以上各種缺陷，不管何種原因，都應採取適當的辦法徹底消除，以達到質量要求。

典型纏繞複合材料試件製作與性能測試

複合材料常常是各項異性材料，其設計分析方法與金屬材料不同。複合材料的各項異性性能導致其與金屬材料性能測試方法的差異。對於傳統材料，設計人員在選定材料的同時就可以根據材質（或牌號）從手冊或廠家提供的材料說明書獲得性能數據。複合材與其說是材料不如說是結構更確切，它的性能與樹脂基體、增強材料、工藝條件、存放時間和環境有多種因素有關。

在進行復合材料設計工作之前對原材料性能進行測試是非常必要的，但還不能說掌握了設計所必需的性能數據，只能認為對原材料的選擇奠定了基礎。目前微觀力學方法預測的結果尚有侷限性，只能定性估算。複合材料構件設計所需的性能數據需要由基本性能試驗獲得，這一點對設計工作是至關重要的。

複合材料性能測試是材料選擇，評價增強材料、樹脂基體、界面性能、成型工藝條件和製造技術水平，以及製品設計的依據。

一、單向纖維複合材料平板

單向複合材料的彈性性能有0度、90度、45度方向的拉伸、壓縮性能表徵，纖維與樹脂之間界面性能由彎曲及層間剪切試驗表徵。為評價材料性能，根據國家標準GB3354—82、GB3856—83、 GB3356—82、GB3357—82、GB3355—82的具體要求，完成單向纖維複合材料平板的製作，再將纖維複合材料平板加工成各項試驗方法要求的試樣尺寸和數量。

1、單向纖維複合材料平板的製作

纏繞法是使從紗架上引出的纖維，依次通過張力器、膠槽、導紗輥、繞絲嘴，纏繞到芯模表面，最後固化成型。國家標準規定模板尺寸為270mm X 270mm，模板一次可纏繞製作兩塊平板（正反兩面），能夠加工拉伸、壓縮、彎曲、層間剪切等性能試驗所需試件數量。製作平板最好用聚四氟乙烯布作為脫模片鋪覆在模具表面，不用脫模劑、防止脫模劑遷移到複合材料表面給粘接鋁片工序帶來困難。用少量硅酯使脫模片鋪覆在模具表面時，能夠很好的展平，避免試件固化後表面不光滑。

纏繞過程中通過張力控制裝置調整每團紗的張力，一般以纖維強力的5%—8%為宜，張力應保持穩定。纏繞速度不超過30r/min.工藝過程中可使膠槽加熱，降低樹脂粘度，提高樹脂對纖維的浸潤性能。纖維應均勻地分佈在模具表面直至所需厚度，纏繞層數按下式計算。

纏繞結束後，放上、下壓板與厚度墊塊，預緊螺栓，放置2小時左右，使多餘樹脂流出，均勻上緊螺栓，使模具上、下加壓板與墊塊接觸，用鋒利的刀片切斷芯模兩端的纖維，釋放纏繞張力，避免固化後板翹曲變形。但過早切斷纖維會使纖維排列不直。模具放入烘箱後按照規定的制度固化，溫度控制精度為士3℃，自然冷卻至室溫，拆開模具，取出製備的平板加了成各種規格的試樣。

2、試體的加工

單向纖維複合材料平板製備之後，清除表面灰塵，雜質等異物，根據國標要求的試樣尺寸和數量，考慮到切割刀口寬度，用特種鉛筆在平板上標出纖維方向及0度、90度、45度拉伸、壓縮、彎曲試樣加工區域，用金剛砂輪片在專用銑床上切割試樣，試樣形狀和尺寸參見相應的國家標準。

3、加強片粘接

加強片用厚度為2—3mm正交鋪層的玻璃纖維複合材料板或厚度1—3mm的鋁板製作。用鋁板製作加強片時，加強片表面應平整，用砂布打磨去除表面氧化層，並將加強片放在酸處理液中加熱到65度，並放置15min，再用自來水沖洗乾淨，然後在105度下烘2小時，除去水分。處理後的加強片表面切勿用手觸摸。處理液的重量比為硫酸：蒸餾水：重鉻酸鉀＝10：30：1。

粘接加強片之前，用100目砂紙打磨試件表面，擦去表面灰塵，用乙酸乙酯清除脫模劑及表面油垢，在用丙酮清洗一遍試件冰涼幹。由於單向複合材料在纖維方向上的拉伸強度很高，拉伸試驗時加強片容易滑脫，建議選用環氧618：200＃聚酰胺：二縮水甘油醚：咪唑=100：80：15： 2。試件和加強片塗好粘接劑施加接觸壓力固化。固化制度為：室溫升到60度，保溫2小時再升溫到120度，保溫8小時後降溫至室溫。垂直纖維方向的拉伸試件和45度偏拉伸試件的強度較低，可採用常溫膠粘劑。

加強片固化之後，在試件測試部位表面用砂紙打磨，裸露出纖維層，用丙酮、乙酸乙酯處理去除表面油汙，畫好測量方向線，採用502膠粘劑粘貼應變片，應變片粘貼方向與被測材料性能方向一致，膠粘劑固化後即完成試件的製作工作了。

二、NOL環試樣製作

纖維纏繞成型的高壓容器及固體發動機殼體等內壓容器在設計上通常採用網格理論分析，網格理論忽略基體剛度，載荷全部由纖維承擔，NOL環試驗方法就是在此基礎上發展起來的。

NOL環試樣通常在專門的小型纏繞機上纏繞成型，NOL環製造有兩種方法：一是在專用組合模具單環纏繞，二是先纏繞環向圓筒，然後切製成環。環的外表面可以加工，也可以不加工。經過加工的環，其強度高，離散係數小。不加工的環，表面凸凹不平，表面樹脂含量高，尺寸偏差大。筒切環比單個繞制環的強度低。這是因為從圓筒上切取環時，一些連續纖維被切斷，降低了環的承載能力。實際試驗中通常採用單個繞制的環。環的性能與纏繞張力、固化制度、纖維水分含量、纖維表面狀態、樹脂體系等均有一定關係，製造時應引起注意。詳細的試樣製作和測試見GB2578—89； GB1458和GB1461。