纤维缠绕是一种通过将纤维增强材料缠绕在心轴或模板上来创建复合结构的技术。从早期在航空航天工业中用于火箭发动机外壳开始，纤维缠绕技术已扩展到各个行业，例如运输、船舶，甚至体育用品。自动化和机器人技术的进步为纤维缠绕开辟了新的可能性，包括复杂形状的生产和热塑性胶带的使用。在本文中，我们将深入研究不同的纤维缠绕应用、传统和增强的机器人缠绕方法，以及该领域的最新创新和新范例。准备好了解纤维缠绕如何改变从火箭到赛车的制造格局。

纤维缠绕在生产适用于各种应用的轴对称形状方面有着悠久的历史，包括驱动轴、管道、压力容器、坦克、杆、桅杆、导弹外壳、火箭发动机外壳和飞机机身。自 20 世纪 90 年代以来，随着纤维缠绕设备 CNC 和自动化的快速发展，纤维缠绕的应用已扩展到包括非轴对称几何形状。以下部分简要概述了行业中当前的纤维缠绕复合材料结构。

纤维缠绕：从火箭到赛车

几十年来，纤维缠绕一直是航空航天工业的关键参与者，在火箭发动机、燃料箱和结构部件的设计和制造中发挥着至关重要的作用。纤维缠绕复合材料的高强度重量比使其非常适合在恶劣和苛刻的太空旅行条件下使用。

航天飞机

航空航天工业中纤维缠绕最著名的例子之一是航天飞机的主燃料箱。这个巨大的坦克重近 140,000 磅，由纤维缠绕在心轴上的复合材料制成。坦克的复杂设计对于航天飞机计划的成功至关重要，因为它提供了必要的强度和重量来承受太空旅行的严酷考验。

ACPT 的碳纤维复合材料传动轴应用于多种行业

在天空到赛道，纤维缠绕也被用来制造高性能运动器材。纤维缠绕复合材料的强度和耐用性使其非常适合用于赛车部件，例如驱动轴和悬架部件。此外，纤维缠绕的可定制性使制造商能够创建独特的形状和设计，并优化以获得最佳性能。

海洋工业中的纤维缠绕

玻璃纤维聚酯杆的基本缠绕

纤维缠绕在海洋工业中也引起了轰动，它被用来制造从船体到系泊杆等一系列产品。纤维缠绕复合材料的强度和耐用性使其非常适合在腐蚀和磨损是常见挑战的恶劣海洋环境中使用。

纤维缠绕在海洋工业中最具创意的应用之一是定制钓鱼竿的制作。纤维缠绕技术的使用使制造商能够制造出独特、轻质且高强度的钓鱼竿，并针对特定类型的钓鱼进行了优化。无论您是拖钓马林鱼还是抛竿钓鳟鱼，纤维缠绕都有助于为世界各地的钓鱼者创造更好的钓鱼体验。

自 20 世纪 90 年代以来，自动化纤维缠绕工艺一直被用来制造不同于圆柱形的复杂结构。技术的进步使得能够生产各种非圆柱形设计，例如环形、圆顶圆柱形和类异戊二烯压力容器。纤维缠绕方法还用于制造管道弯头和三通、制造用预成型件、网格结构、航空航天部件、汽车保险杠框架、曲棍球杆、飞机天线罩、直升机叶片、风力涡轮机叶片和飞机机身等物品。

压力容器

纤维缠绕压力容器的使用已广泛应用于航空航天和运输行业，估计全球年产量为数十万台。汽车行业对天然气储存低压容器（35 MPa）以及氢气和压缩天然气储存高压容器（70 MPa）的需求也不断增长。

管件

自 20 世纪 80 年代以来，纤维缠绕管件一直用于化学和石油工业。随着 6 轴或更多轴的先进 CNC 绕线机的发展，自 20 世纪 90 年代以来自动化生产已成为可能。由于数据处理要求很高，生成非轴对称形状的缠绕图案具有挑战性。

电机案例

纤维缠绕复合材料结构因其高强度和比刚度而广泛应用于航空航天部件，例如火箭发动机壳体，从而减轻重量并提高燃料效率。火箭发动机壳体的纤维缠绕始于 1960 年，虽然通常涉及轴对称壳体设计，但此类壳体的圆顶区域可能具有复杂的几何形状和材料特性，需要精确的制造控制。

例如，单轴周边缠绕通常用于制造旋转部件。而单轴平移缠绕通常用于创建二维框架结构。为了实现三维桁架结构，必须进行多轴缠绕，以防止缠绕杆脱离平面时纤维滑移。

(A) 单轴交叉缠绕；(B)单轴周边缠绕；(C)多轴交叉缠绕；(D) 多轴交叉缠绕

传统的纤维丝缠绕

纤维缠绕是一种主要用于制造空心、圆形或棱柱形零件（例如管道和储罐）的技术。它是通过使用专用缠绕机将连续纤维丝束缠绕到旋转心轴上来完成的。纤维缠绕零件通常用于航空航天、能源和消费品行业。

机器人绕线

工业机器人技术的出现使得新型绕线方法得以实现。在这些方法中，纤维要么通过纤维引导器绕转折点的平移，要么通过心轴绕多个轴的旋转运动来拉出，而不是仅绕一个轴旋转的传统方式

使用 AFP 的机器人缠绕

传统的纤维缠绕是一种相当常见的工业低技术工艺，仅限于轴对称形状，例如管子、导管或压力容器。二轴收卷机是最简单的生产布局，控制芯轴的旋转和输送装置的横向移动，因此只能生产增强管材。纱线。另外，传统的四轴机是通用型卷绕机，也可以生产压力容器。受控运动自由度通常包括轴旋转、水平输送、垂直输送（交叉喂入）以及安装在交叉喂入心轴上的旋转纱线输送头。然而，这些解决方案仍然依赖于各种绕线操作期间的频繁操作员干预，这对生产率产生重大影响。

传统缠绕

机器人缠绕主要用于高级应用，它与胶带缠绕非常匹配，可以生产出更高质量的零件。在该技术中，还可以使以前手动执行的辅助操作自动化，例如放置心轴、打结和剪线以及将覆盖有湿纱线的心轴加载到炉中。烤架、卡盘提取等

所有配置组合均可使用即用型或定制型机器人，主要供应商为ABB、KUKA、Fanuc，设备投资与机器人使用数量直接相关。它的用途和定制程度。机器人缠绕提供的巨大灵活性可能具有广阔的市场渗透潜力，使纤维增强产品和应用多样化进入新领域。

热塑性胶带缠绕

热塑性胶带缠绕 (TTW) 是一种高度自动化的工艺，用于制造飞轮和管道等管状纤维增强热塑性复合材料。TTW 工艺中的关键参数之一是压入点的温度，在该压入点处，通过压实辊将进入的预浸料带与基材粘合。

在热塑性胶带长丝缠绕中，缠绕过程中发生完全的原位固结，无需在烘箱中进行后处理。因此，滚压热塑性部件可以在一个生产步骤中进行加工。热塑性预浸料的在线熔合几乎在焊接过程中几乎在不到一秒的时间内发生。这允许更大的自由度来制造无需后处理的几何形状，包括平面和凹形。另一种可能的改进涉及局部定向加固的能力。热塑性固结可避免纤维滑移，为测地线轨迹之外的各种缠绕路径提供稳定性。

实现复杂的形状和产品试验

• 用于储存氢气、推进剂或压缩空气的压力罐

• 管子/管道：用于水、石油和天然气

• 结构部件：吊杆、壳体、网格结构、级间

• 轴不对称零件：管道

纤维缠绕是一种多功能制造技术，在航空航天、汽车、体育和医疗等各个行业有着广泛的应用。它具有多种优点，包括高强度重量比、稳定的质量和精度。该过程涉及将纤维丝缠绕在心轴上，以与基体树脂形成复合材料。由此产生的结构可以定制以满足特定要求，使其成为各种应用的理想选择，包括压力容器、管道和体育用品。

在航空航天工业中，纤维缠绕用于制造轻质但坚固的飞机和航天器部件。例如，航天飞机的燃料箱就是采用纤维缠绕制成的。该工艺也常用于汽车行业生产高性能、轻质部件，如方向盘、传动轴和悬架系统。在体育产业中，长丝缠绕用于制造高尔夫球杆、钓鱼竿和其他体育用品的高性能复合材料。医疗行业也受益于纤维缠绕，用它来生产骨科植入物和脊柱棒等部件。

纤维缠绕已发展为机器人增强缠绕，这不仅为缠绕技术提供了额外的功能，而且还允许使用热塑性复合材料等可持续材料。随着氢经济的增长以及劳动力短缺市场对可持续生产的需求，长丝/带缠绕将继续流行。【北京复材展】【2025复合材料展】【苏州复材展】【广州复合材料展】