纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的連續纖維（或布帶、預浸紗）按照一定規律纏繞到芯模上，然后經固化、脫模，獲得制品。根據纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。　

干法纏繞是采用經過預浸膠處理的預浸紗或帶，在纏繞機上經加熱軟化至粘流態后纏繞到芯模上。由于預浸紗（或帶）是專業生產，能嚴格控制樹脂含量（精確到2%以內）和預浸紗質量。因此，干法纏繞能夠準確地控制產品質量。干法纏繞工藝的最大特點是生產效率高，纏繞速度可達100～200m/min，纏繞機清潔，勞動衛生條件好，產品質量高。其缺點是纏繞設備貴，需要增加預浸紗制造設備，故投資較大。此外，干法纏繞制品的層間剪切強度較低。

濕法纏繞是將纖維集束（紗式帶）浸膠后，在張力控制下直接纏繞到芯模上。濕法纏繞的優點為：①成本比干法纏繞低40%；②產品氣密性好，因為纏繞張力使多余的樹脂膠液將氣泡擠出，并填滿空隙；③纖維排列平行度好；④濕法纏繞時，纖維上的樹脂膠液，可減少纖維磨損；⑤生產效率高（達200m/min）。濕法纏繞的缺點為：①樹脂浪費大，操作環境差；②含膠量及成品質量不易控制；③可供濕法纏繞的樹脂品種較少。

半干法纏繞是纖維浸膠后，到纏繞至芯模的途中，增加一套烘干設備，將浸膠紗中的溶劑除去，與干法相比，省卻了預浸膠工序和設備；與濕法相比，可使制品中的氣泡含量降低。

三種纏繞方法中，以濕法纏繞應用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術領域。

纏繞管道工藝是增強樹脂成型工藝中，實現全自動化、生產率較高、原材料利用率高、制品成本較低的優秀工藝。因而其具有廣闊的發展前景。此章節將近幾十年拉擠成型工藝纏繞管道工藝進展及設備進行闡述。

從國內發展情況看，1946 年，首個纖維纏繞技術專利在美國注冊，纖維纏繞成型工藝開始發展。按實現形成螺旋線的主運動方式，所用的纏繞機的布局類型在20世紀60年代已基本完成，具體如下圖所示。

圖 螺旋纏繞

1965 年，北京 251 廠設計了我國首臺臥式纖維纏繞機“525”，該纏繞機于 2011 年“退休”。1966 年，設計了齒鏈式機械無級調節纏繞規律的環鏈臥式纖維纏繞機，此機不用掛輪，可便捷地調節纏繞規律與排紗密度，生產了多種規格的氣瓶。從結構布局考慮，對生產15 L 及其以下氣瓶用的鏈條式纏繞機采取鏈傳動垂直面布置；生產 20 L 及其以上氣瓶用的鏈條式纏繞機采取鏈傳動水平面布置，其鏈輪由前者的兩只變為四只。

圖 基本臥式纖維纏繞機

圖 無級調節纏繞規律的環鏈臥式纖維纏繞機傳動系統

(北京251廠)

圖 “525”我國第一臺環鏈臥式纖維纏繞機(北京251廠)

1966年，國家紡織工業部下達大型立式纖維纏繞機項目，七機部43所、中國紡織科學研究院、北京251廠、太原重型機械廠、陜西重型機械廠共五家單位參加。該項目于次年完成，迄今仍在使用。1984年，北京電力設備總廠引進了加拿大立式纏繞機。

圖 立式繞臂纖維纏繞機

1974年，北京251廠成功研制X2型行星式纖維纏繞機，傳動系統中采用了三軸同心行星原理。

圖 行星式纖維纏繞機(北京251廠)

20世紀90年代起，囯內一些大學和企業紛紛開展了MCFW和機器人纏繞機研發，如哈爾濱玻璃鋼研究院、武漢理工大學、哈爾濱工業大學、中船625所、武漢九迪復合材料公司、哈爾濱理工大學、南京航空航天大學及其合作之上海萬格公司、蘇州中科時代電子技術公司、衡水華成公司、連云港中通公司、連云港唯德公司、石家莊萊德公司、湖南江南四棱數控機械有限公司、臺灣省工業研究院、臺灣省金財興公司等。2000年，筆者曾訪問位于新竹的工業研究院，得知其已成功研發了7軸纏繞機。幾年前我國海關已明令，我國四軸以上纏繞機限制出口，撫今追昔，筆者深為我國進步而自豪！

圖 微機控制7軸4聯動雙小車重型纏繞機

（武漢理工大學）

微機控制纖維纏繞張力的紗架已在國內外推廣，21世紀初蘇州中科時代開發成功，北京251廠實用最早（2004）。武工大、哈工大、江南四棱數控等單位現也已投入使用。

圖 蘇州中科時代公司開發的微機控制纖維纏繞張力的紗架及纏繞機

2014年，上海萬格復合材料技術公司綜合五家德國公司和三家國內公司技術，成功開發機器人纖維纏繞氣瓶自動生產線，已出口日本。臺灣省購其10工位纏繞設備，生產的液化氣罐已獲德國認證。

圖 國產纖維纏繞氣瓶自動生產線(上海萬格公司)

2010年，上海引進意大利VEM公司連續管生產線投產。2016 年，新疆永昌公司引進英國 Tech-no?bll 公司連續管生產線。近年連云港、重慶推出了相同原理的生產線。青島曾開發無凸輪的鋼帶式連續管機。國內設備開發中的經驗教訓是，要重視工藝及其軟件，設備運行要穩定，忌鋼帶打滑與重疊。泉州福建路通管業科技股份有限公司引進歐洲技術制造了凸輪鋼帶式連續管生產線,生產直徑最大達4 m。

河北省景縣恒安泰公司即采用美國Fiberspar連續管道生產工藝，其承擔的國家十二五863科技項目——柔性海底管道關鍵技術研究，于2016年通過國家科技部組織的專家驗收。其連續管道生產線。

圖 河北省景縣恒安泰公司連續管道生產線

2020年，重慶慶陽控股（集團）有限公司/河南省沁陽市復合材料研究院與濮陽縣福瑞普建材公司分別成功研制直徑為 10 mm~250 mm高效連續纏繞玻璃鋼管生產線。此線無鋼帶建模，在簡捷的設備上，低成本高效率完成玻璃鋼管道的連續成型，其生產速度可以達到 2 m/min。其訣竅系牽引履帶機公轉自轉同步進行。韓國亦有此類似設備。小直徑非鋼帶連續纏繞玻璃鋼管生產線及其牽引部件見圖。

圖 小直徑非鋼帶連續纏繞玻璃鋼管生產線

從國外發展情況看，FW)發展甚快。知名廠家有美國安德遜公司、哥德華賽工程公司（Goldsworthy Engineering）、工程技術公司（Entec-Engineering Technology）、德囯百事得(BSD)公司、華特與威瑟(Waltritisch & Wachter)公司等。現在國際市場上的纏繞機已達到六軸。

圖 美國安德遜公司微機控制6軸纖維纏繞機動作

2004年創立的法國 MFTech 公司最早研究機器人纏繞并將其商業化，由該公司提供的機器人纏繞設備充分利用了機器人的柔性，可采用抓取模具和帶動導絲頭兩種方式進行纏繞成型。

圖  MFTech機器人纏繞

美國Fiberspar公司于1999年開始商業化生產連續纏繞柔性管，據稱是當今全球業界的領導者。其生產工藝是：擠出高密度聚乙烯或交聯聚乙烯熱塑性塑料內襯層（壓力防滲漏層）-多次環向纏繞玻纖環氧層(結構層)-外包覆熱塑性塑料層（耐磨層）。整個生產線全部自動控制，由14臺纏繞機、牽引機、固化爐、收卷裝置以及兩臺擠出機等組成。在塑料管上纖維纏繞玻璃鋼后在線擠出外塑料保護層，制成管線。生產速度取決于管徑，一般為2.7 m/min ~ 3.6 m/min。一根管線連續生產長度可達10800 m，理論上可以達無限長度。

在能源化工及交通領域的應用

圖 壓力容器、氣瓶、膜殼

汽車作為現代產業在科技的帶動下快速發展，隨著汽車復合材料應用水平的不斷提高，復合材料單車用量將逐漸增加，2015年我國汽車工業所需塑料、復合材料總量約為 165 萬 t。隨著成型技術和裝備的不斷發展，復合材料汽車零部件在汽車領域的應用將日益擴大。為了提高汽車輕質、高強的性能，復合材料逐漸取代傳統汽車制造應用材料，纏繞技術在汽車制造上的主要應用為傳動軸、排氣管、渦輪增壓管、車載氣瓶、吸能器、保險杠等。

海洋船舶領域對復合材料需求最多的是復合材料管道，纏繞成型的復合材料管道因具有耐腐蝕、耐油、耐高溫等特性被廣泛應用于海上油氣運輸、海洋平臺及船舶等領域。除此之外，還有疏浚管道、海底輸油軟管、潛艇耐壓殼體、深海探測器、潛水呼吸氣瓶、船桅桿等應用。

圖 海上管道及管纜

圖 陸地油氣管道、海洋油氣管道

未完待續

參考文獻

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