纖維纏繞實用工藝及設(shè)備新穎進展

纖維纏繞工藝進展一纏繞成型工藝介紹纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的持續(xù)纖維（或布帶、預(yù)浸紗）按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后經(jīng)固化、脫模，獲得制品。根據(jù)纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態(tài)不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。1.干法纏繞干法纏繞是采用通過預(yù)浸膠解決的預(yù)浸紗或帶，在纏繞機上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預(yù)浸紗（或帶）是專業(yè)生產(chǎn)，能嚴格控制樹脂含量（精確到2%以內(nèi)）和預(yù)浸紗質(zhì)量。因此，干法纏繞能夠精確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的最大特點是生產(chǎn)效率高，纏繞速度可達100～200m/min，纏繞機清潔，勞動衛(wèi)生條件好，產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點是纏繞設(shè)備貴，需要增加預(yù)浸紗制造設(shè)備，故投資較大另外，干法纏繞制品的層間剪切強度較低。2.濕法纏繞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(yōu)點為：①成本比干法纏繞低40%；②產(chǎn)品氣密性好，由于纏繞張力使多出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(chǎn)效率高（達200m/min）。濕法纏繞的缺點為：①樹脂浪費大，操作環(huán)境差；②含膠量及成品質(zhì)量不易控制；③可供濕法纏繞的樹脂品種較少。3.半干法纏繞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(shè)備，將浸膠紗中的溶劑除去，與干法相比，省卻了預(yù)浸膠工序和設(shè)備；與濕法相比，可使制品中的氣泡含量減少。三種纏繞辦法中，以濕法纏繞應(yīng)用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術(shù)領(lǐng)域。纖維纏繞成型的優(yōu)點①能夠按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計纏繞規(guī)律，使能充足發(fā)揮纖維的強度；②比強度高：普通來講，纖維纏繞壓力容器與同體積、同壓力的鋼質(zhì)容器相比，重量可減輕40～60%；③可靠性高：纖維纏繞制品易實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)，工藝條件擬定后，纏出來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，精確；④生產(chǎn)效率高：采用機械化或自動化生產(chǎn)，需要操作工人少，纏繞速度快（240m/min），故勞動生產(chǎn)率高；⑤成本低：在同一產(chǎn)品上，可合理配選若干種材料（涉及樹脂、纖維和內(nèi)襯），使其再復(fù)合，達成最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果。纏繞成型的缺點①纏繞成型適應(yīng)性小，不能纏任意構(gòu)造形式的制品，特別是表面有凹的制品，由于纏繞時，纖維不能緊貼芯模表面而架空；②纏繞成型需要有纏繞機，芯模，固化加熱爐，脫模機及純熟的技術(shù)工人，需要的投資大，技術(shù)規(guī)定高，因此，只有大批量生產(chǎn)時才干減少成本，才干獲得較的的技術(shù)經(jīng)濟效益。二國內(nèi)外纖維纏繞工藝及其應(yīng)用歷史1.國外纖維纏繞工藝及其應(yīng)用歷史20世紀40年代中期，國際上正式提出了纖維纏繞技術(shù)的概念。纖維纏繞制品的最早應(yīng)用是1945年制成的玻璃鋼環(huán)，用于原子彈工程。1946年，纖維纏繞成型工藝在美國獲得專利，1947年美國Kellog公司成功地制成世界上第一臺纏繞機，隨即纏繞了第一臺火箭發(fā)動機殼體，直徑5英寸，長5英尺。60年代早期，出現(xiàn)第一代機械式纖維纏繞機，其控制系統(tǒng)是由皮帶、齒輪、滑輪和鏈條等構(gòu)成的機械系統(tǒng)。

美國宇航局和空軍材料研究室用纖維纏繞工藝研制成功“北極星”導彈發(fā)動機殼體，在質(zhì)量減輕1/2、射程提高一倍多的狀況下，成本僅為鈦合金的1/10，從而奠定了纖維纏繞在制造尖端軍用產(chǎn)品(火箭和導彈)中的重要地位。1973年Entec公司開發(fā)了第一臺微解決器控制的纖維纏繞機。1976年第一種商業(yè)化原則的纏繞機型號McCleanAnderson60型投放市場。

20世紀60-70年代是纖維纏繞技術(shù)飛速發(fā)展的階段，在這一時期，纖維纏繞用的纖維仍然是以玻璃纖維為主導。但是，隨著新纖維的不停問世，纖維纏繞的應(yīng)用領(lǐng)域也拓寬了，已從軍事部門擴展到化工、污水解決、石油及風能系統(tǒng)等重要的民用部門，商用纖維纏繞機也開始在市場上銷售，美國的多家公司都在生產(chǎn)多個高壓管、污水管等，并纏繞出巨大致積的復(fù)合材料產(chǎn)品，如直徑8m、38m長的風機葉片和直徑10m、容積1000m3的巨型儲罐等。20世紀80～90年代，更多的計算機技術(shù)投入到纏繞機的開發(fā)當中，新一代微機控制纖維纏繞機開始研制。英國的Pultrex有限公司采用通用數(shù)控系統(tǒng)成功開發(fā)了四軸聯(lián)動纖維數(shù)控纏繞機。當時，每臺纏繞機的硬件部分都必須涉及計算機和運動控制卡，機床的速度控制得到了極大改善，計算機控制系統(tǒng)能夠更精確地跟蹤機床的位置和速度并對其進行實時控制。與此同時，諸多公司開始探索用計算機設(shè)計纏繞模式，即纖維纏繞CAD技術(shù)開始出現(xiàn)。用計算機輔助設(shè)計纏繞模式，大大簡化了纏繞模式的設(shè)計，從而減少了產(chǎn)品的開發(fā)和工藝設(shè)計周期。同時，為了提高生產(chǎn)效率，人產(chǎn)設(shè)計開發(fā)了多轉(zhuǎn)軸纏繞機，即1臺纏繞機同時纏繞多個部件或1臺纏繞機上裝有多個出紗裝置同時纏繞一種部件。這一時期，纖維纏繞仍然以航空和國防為主，但在民用領(lǐng)域進一步擴展，如水力工程中用于制造多個壓力管道、壓力容器等。在此期間，第一臺計算機控制的纖維纏繞機問世，使纏繞精度更高、形狀更復(fù)雜的產(chǎn)品成為可能。進入20世紀90年代，纖維纏繞技術(shù)發(fā)展速度明顯加緊，進入新的高速發(fā)展階段，商用領(lǐng)域進一步擴展到汽車、救生設(shè)備、運動器材等，多軸纏繞機已出現(xiàn)并得到發(fā)展。進入21世紀，纏繞機的功效更加完善，多個類型的纏繞機廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工和民用工業(yè)等領(lǐng)域。纖維纏繞設(shè)備的開發(fā)速度明顯加緊，同時提高勞動生產(chǎn)率已被置于首要地位，多主軸、多運動軸聯(lián)動纏繞機逐步成為原則。為理解決異型件的纏繞成型，研制出了計算機控制的六軸聯(lián)動纖維纏繞機，解決了基本異型件的纏繞成型問題，結(jié)束了用手糊、半手糊方式生產(chǎn)慣用管道配件——彎管和三通管的歷史。更多運動軸纏繞機的引入使得纏繞形狀更為復(fù)雜的產(chǎn)品成為可能，現(xiàn)在國際上已有七軸甚至多達十一軸的計算機控制纖維纏繞機。但由于高性能和大型的纏繞機可用于航空航天等軍工部門，國外對我國始終限制出口。對于中小型纏繞機即使通過某些渠道能夠出口，但價格昂貴，如可纏繞φ1.6m、長度6m壓力容器的四軸聯(lián)動臥式數(shù)控纏繞機價格要在40萬歐元以上。國外出名的纏繞機制造商重要有美國的ENTEC公司、McCleanAnderson公司和德國的BSD公司等。除硬件外，現(xiàn)在國外的纖維纏繞CAD/CAM軟件也已經(jīng)發(fā)展到很高的水平。CAD/CAM軟件不僅含有完善的回轉(zhuǎn)體纖維纏繞軌跡設(shè)計功效，還含有異型件纖維纏繞軌跡設(shè)計功效。對于多個常見異型件，已經(jīng)開發(fā)出完善的CAD/CAM軟件進行芯模設(shè)計、線型規(guī)劃以及后置解決，能夠根據(jù)具體的數(shù)控系統(tǒng)生成對應(yīng)的控制代碼。如比利時MATERIAL公司的CADWIND和英國CrescentConsultantsLtd的CADFIL，其中CADWIND歷時研制成功，該CAD/CAM系統(tǒng)受到顧客的廣泛歡迎，經(jīng)數(shù)年實踐，開發(fā)了多個版本，其最高版本價格約為4萬歐元。2.我國纖維纏繞工藝及其應(yīng)用歷史我國對纖維纏繞工藝的研究開始于1958年，其出發(fā)點是為“兩彈一星”國防建設(shè)服務(wù)。60年代初我國開始了纖維纏繞技術(shù)的研究。隨著微機和自動化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在國內(nèi)大部分纖維纏繞設(shè)備實現(xiàn)了微機控制，中低檔的兩軸、三軸微機控制纖維纏繞機制造技術(shù)和纏繞工藝已經(jīng)成熟，并在管道、儲罐以及多個壓力容器的纏繞成型方面發(fā)揮了重要作用。纏繞理論方面1965年我國完全掌握了纏繞規(guī)律和纏繞速比計算辦法，實現(xiàn)了螺旋纏繞排線機械化。1971年起開始研究異型件纏繞，提出了異型件截面的“相稱圓假設(shè)”原理，解決了異型件截面纖維纏繞的近似計算問題。1987年提出了網(wǎng)格構(gòu)造纖維纏繞計算原理，這項新技術(shù)的實現(xiàn)，不僅解決了某衛(wèi)星的核心技術(shù)，并且標志著我國纖維纏繞技術(shù)進入了一種新的發(fā)展階段。1996～1998年，一類新的非測地線---擬測地線途徑算法被提出，它重要用于回轉(zhuǎn)體的纖維纏繞穩(wěn)定軌跡設(shè)計。哈爾濱工業(yè)大學結(jié)合纏繞設(shè)備的研制，所開發(fā)的纏繞軟件Windsoft也愈趨完善，通過不停改善，現(xiàn)已經(jīng)推出了第3個版本，逐步成為一套比較成熟的纖維纏繞CAD/CAM軟件。三纖維纏繞設(shè)備的創(chuàng)新和發(fā)展纖維纏繞技術(shù)是樹脂基復(fù)合材料制造技術(shù)之一，是將持續(xù)纖維或布帶，預(yù)浸紗通過浸膠后，按照一定的方式纏繞到芯模上，然后在一定溫度下固化，制成一定形狀制品。纖維纏繞技術(shù)經(jīng)半個多世紀的發(fā)展已經(jīng)完善成熟。原材料生產(chǎn)已成為一種工業(yè)體系；纏繞設(shè)備從小到生產(chǎn)幾毫米直徑的桿件設(shè)備大到生產(chǎn)直徑二十幾米的化工儲罐的現(xiàn)場纏繞機；從兩軸纏繞機到十幾軸的多功效纏繞機。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航天、航空、國防和民用工業(yè)等領(lǐng)域。隨著纖維纏繞復(fù)合材料的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，規(guī)定纖維纏繞既含有更高的精度，更高的生產(chǎn)率和更大的柔性，與此相適應(yīng)，纖維纏繞設(shè)備得到極大的發(fā)展，并且某些輔助系統(tǒng)也得到了長足的進步。1.芯模美國MagnumVenusPlastech（MVP）公司開發(fā)的折疊懸臂式芯模能夠大大提高生產(chǎn)效率，由于固化后部件易于移走。這種芯模最適合長度2英寸以上，25英寸下列的部件，可折疊的懸臂梁芯模不需要使用多個芯模，就能夠?qū)⑸a(chǎn)時間縮短50%。MVP纏繞系統(tǒng)的另一種特點是雙芯模驅(qū)動設(shè)備，纏繞機纏繞架兩側(cè)都裝有芯模驅(qū)動裝置，這使纏繞機以更持續(xù)的模式進行生產(chǎn)，纏繞在一側(cè)進行的同時，另一側(cè)能夠進行維修，移除或準備纏繞狀態(tài)。纏繞完畢時，纏繞架和鋪放頭能夠旋轉(zhuǎn)180度，將材料輸送到相對的一側(cè)進行纏繞。這種系統(tǒng)的優(yōu)勢在于生產(chǎn)效率的提高和時間的縮短。該設(shè)備無需停機裝上或取下芯模，可始終持續(xù)纏繞。MVP雙芯模驅(qū)動設(shè)備2.高精度樹脂浸膠槽德國BSD公司開發(fā)出一種高精度樹脂浸膠槽。它是專為多芯軸纏繞機開發(fā)的。這些單獨的收緊臂能抓緊松散的纖維。特別是在轉(zhuǎn)動區(qū)域，可用作纖維斷裂傳感器。普通，我們能夠運用這個高質(zhì)量的浸膠槽調(diào)節(jié)工藝，以減少樹脂用量，提高纖維浸潤效果。高精度樹脂浸膠槽3.新型掛線環(huán)系統(tǒng)德國IBK公司開發(fā)一種新型掛線環(huán)系統(tǒng)，在低纏繞角下改善纖維纏繞，掛線環(huán)減少了材料損耗和纏繞時間，掛線針連接成帶狀并根據(jù)芯模直徑切割成所需長度。纏繞前掛線針插入芯模，然后在制品固化后拆下。新型掛線環(huán)系統(tǒng)4.樹脂和纖維控制系統(tǒng)MVP公司開發(fā)了一種能在纏繞過程中控制樹脂和纖維使用的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠計算正在使用的樹脂和纖維用量。操作者可實時在樹脂槽中調(diào)節(jié)以獲取樹脂和纖維的適宜比例。另外，在纏繞結(jié)束后樹脂最后用量能被統(tǒng)計下來。5.機器人纏繞系統(tǒng)MFTech公司開發(fā)了Pitbull和FOX兩個版本的機器人系統(tǒng)。Pitbull采用機器人傳送纖維，將纖維纏繞到固定的旋轉(zhuǎn)芯模上。現(xiàn)在Pitbull版本能夠同時進行五個部件的纏繞。Pitbull能以2m/秒的速度運輸150kg的原料。FOX系統(tǒng)能夠帶動芯模，使其旋轉(zhuǎn)，將芯模移到固定的送料系統(tǒng)，F(xiàn)OX能夠承受10kg重量，F(xiàn)OX適合壓力容器的纏繞而Pitbull適合管道構(gòu)造件纏繞。6.徑向移動臂和模塊化虹吸預(yù)浸單元徑向移動臂和模塊化虹吸預(yù)浸單元的繞絲嘴的引入，極大地改善了濕法纏繞技術(shù)。這種概念以更高效、更經(jīng)濟的方式進行批量生產(chǎn)。6.1徑向移動臂和繞絲嘴當纏繞壓力容器時，有必要減少循環(huán)次數(shù)。這能夠通過圓周方向幾個固定位置上預(yù)浸纖維的模擬絲嘴獲得。如果自由纖維長度（絲嘴和芯模之間的距離）要保持持續(xù)性，那么繞絲嘴需在徑向移動。在纏繞過程中，必須減少絲嘴軸向運動方便減小纏繞機安裝長度。以前的繞絲嘴不是徑向運動的。GmbH已經(jīng)開發(fā)出這樣一種氫氣壓力容器濕法纏繞的延伸裝置，在圓周方向安裝八個繞絲嘴（如圖4）每個臂對應(yīng)地浸漬并鋪放碳纖維粗紗。這個系統(tǒng)在相似的工藝速度下輸送材料是傳統(tǒng)纏繞機的三倍，MaterialS.A的CADWIND軟件使其能夠自動產(chǎn)生滿足繞絲嘴運行的纏繞途徑。繞絲嘴下圖表達的是纏繞過程中的多繞絲嘴纏繞系統(tǒng)。繞絲頭的操控直接與GmbH纏繞機的CNC控制直接相連，并在此處接受位置數(shù)據(jù)。程序，可視化都在WindowsPC機上。使用改善的CADWIND軟件程序根據(jù)所規(guī)定的鋪層產(chǎn)生纏繞的途徑。多繞絲嘴纏繞系統(tǒng)粗紗精確的鋪層特別在封頭區(qū)域要通過可旋轉(zhuǎn)的繞絲嘴來實現(xiàn)。這種特別的構(gòu)造在纏繞圓柱筒壁時保持粗紗寬度一致和充足的樹脂浸漬。6.2模塊化虹吸預(yù)浸單元分布在芯模圓周方向上的粗紗預(yù)浸和供應(yīng)是一種難題。由于商業(yè)上的預(yù)浸單元對這種工藝有一定的限制并且這種工藝還規(guī)定批產(chǎn)，因此開發(fā)了一種新的預(yù)浸辦法。粗紗通過一種完全封閉的虹吸式預(yù)浸單元并由精確劑量的樹脂浸潤。另外，減少了苯乙烯（不飽和聚酯樹脂）揮發(fā)所帶來的污染。粗紗通過繞絲嘴活動臂直接到容器表面并由旋轉(zhuǎn)的導絲頭精確地鋪放。耐用性實驗證明了這種批產(chǎn)預(yù)浸辦法的合用性。預(yù)浸單元八小時工作無任何故障，并且粗紗進料管無任何磨損，也無任何纖維破裂。模塊化虹吸預(yù)浸單元使用虹吸式預(yù)浸單元繞絲頭，成功纏繞了若干壓力容器，經(jīng)檢測纏繞層質(zhì)量符合原則。例如，孔隙率含量與原則纏繞技術(shù)制造的產(chǎn)品孔隙率相似。除了預(yù)浸技術(shù)，明顯影響空隙率的其它因素涉及繞絲嘴本身和與否使用刮膠刀。檢查工作壓力為200bar的纏繞容器，爆破壓力超出750bar。模塊化虹吸預(yù)浸單元纏繞頭的發(fā)展是濕法纏繞技術(shù)的巨大進步。這種辦法的重要優(yōu)勢是極大地提高了鋪層率。對于相似的鋪層質(zhì)量，由繞絲頭控制的大量粗紗能夠極大地減少芯模完全浸潤所規(guī)定的時間。不停變化纏繞線型和減少粗紗交叉點，產(chǎn)生了其它主動效果。纖維性能的優(yōu)化運用進一步減輕了重量，纏繞過程中繞絲嘴的徑向移動有助于極大地減少支架系統(tǒng)的長度，這不僅減少了循環(huán)次數(shù)，并且減少了纏繞設(shè)備的安裝空間。7.軟件和自動化纖維纏繞的自動化部分歸功于有效的控制軟件?？刂栖浖母纳茦O大地增進了纏繞機和纏繞技術(shù)的進步。布魯塞爾Materials公司開發(fā)的CADWIND的新特點涉及實時模擬纏繞程序和全部軸上纏繞頭的移動。這種模擬有助于調(diào)節(jié)鋪放頭的運動，從而避免鋪放頭與芯模間可能的接觸碰撞，并且還縮短了增加開發(fā)時間和成本的多次實驗周期，加緊了簡樸和復(fù)雜部件的生產(chǎn)速度。CADWIND后解決單元采用一種新算法簡化了在部件任一點上夾緊芯模和纏繞啟動的過程。CNCTechnics公司對低成本多功效控制系統(tǒng)軟件JOKAM作了改善，并開辟了另外兩個應(yīng)用領(lǐng)域：一是數(shù)控加砂兩軸纏繞機，并與芯模的尺寸和旋轉(zhuǎn)有關(guān)聯(lián)，另一種應(yīng)用是四軸纏繞機生產(chǎn)壓縮天然氣儲罐（CNG）和氫儲罐。加砂和樹脂供應(yīng)這樣的數(shù)控功效都是自動化生產(chǎn)的特性，能夠使整體工藝更快更精確。四.纖維纏繞發(fā)展方向1.

纖維纏繞工藝的發(fā)展方向隨著復(fù)合材料有關(guān)技術(shù)的發(fā)展，纖維纏繞工藝呈現(xiàn)出多工藝復(fù)合化、熱塑性樹脂纏繞逐步增多以及新型固化技術(shù)不停應(yīng)用的發(fā)展趨勢。(1)拉擠成型、帶鋪放、帶纏繞及纖維編織、壓縮模塑等工藝與傳統(tǒng)纏繞工藝相結(jié)合，提高了纏繞工藝的適應(yīng)性。纖維纏繞技術(shù)有一種明顯的局限，就是沿制品軸向鋪設(shè)純縱向，即0

度纖維（纖維與簡體母線夾角為0度較為困難，限制了它在某些構(gòu)造類管狀制品制造中的應(yīng)用。將纖維纏繞與帶鋪放工藝、拉擠工藝結(jié)合起來可解決這一問題。纖維鋪放技術(shù)集傳統(tǒng)纏繞技術(shù)與帶鋪放技術(shù)于一身，可進行任意角度纏繞，也可任意增減纖維，還可在凹形表面纏繞，克服了傳統(tǒng)纏繞工藝的局限性；纏繞一拉擠工藝制造的薄壁管改善了力學性能，已用于汽車司機駕駛室框架一弱；纏繞與注射模塑結(jié)合制造的自潤滑多面滑動軸承含有卓越的摩擦學行為；纖維纏繞預(yù)制件與RTM技術(shù)相結(jié)合擴大了纖維纏繞工藝的應(yīng)用范疇。(2)熱固性樹脂纏繞向熱塑性樹脂纏繞方向發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，從1994年以來，熱塑性復(fù)合材料是同期熱固性復(fù)合材料增加的2倍。該高速增加能夠用熱塑性復(fù)合材料良好的機械性能、高的耐溫性、良好的介電常數(shù)和良好的可循環(huán)性來解釋，特別是它的可回收、可重復(fù)運用和不污染環(huán)境的特性適應(yīng)了當今材料環(huán)保的發(fā)展方向。歐美某些國家已有某些產(chǎn)品用于航空航天和民用，如美國用CF／PEEK纏繞制件作飛機水平安定面，德國用CF／FA纏繞管件制造超輕質(zhì)自行車等。國外已有杜邦公司、帝國化學公司、BASF公司和德國凱瑟斯路登大學等多家大公司和科研機構(gòu)對熱塑性樹脂纏繞工藝進行了研究和生產(chǎn)實踐。國內(nèi)有北京航空材料研究院先進復(fù)合材料國防科技重點實驗室等少數(shù)機構(gòu)對熱塑性預(yù)浸帶進行了纏繞實驗，并對制品性能進行了初步分析。能夠說國內(nèi)這種工藝還處在逐步開發(fā)的階段。發(fā)展空間較大。(3)新型固化技術(shù)及在線固化監(jiān)測技術(shù)。紅外加熱、微波加熱、火焰加熱、電子束固化等技術(shù)可縮短固化周期，減少殘存應(yīng)力，提高復(fù)合材料力學、物理性能，減少成本。法國航空航天公司已對固體火箭發(fā)動機纖維纏繞殼體的電子束固化技術(shù)進行了成功演示，其綜合性能優(yōu)于常規(guī)的加熱固化復(fù)合材料。另外，超聲技術(shù)以及光纖傳感技術(shù)等都被用于在線固化監(jiān)測。2.纖維纏繞機械的發(fā)展方向隨著纖維纏繞復(fù)合材料的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，規(guī)定纖維纏繞機械含有更高的精度、更高的生產(chǎn)率和更大的柔性。纏繞機正向著高自動化，高集成化，高產(chǎn)量的方向發(fā)展，纖維纏繞機配備精密引力控制系統(tǒng)，以提高纏繞精度；多軸纏繞機越來越得到廣泛的應(yīng)用，使復(fù)雜形狀產(chǎn)品的制造成為可能。另外，機器人用于纖維纏繞使其自由度更多、運動更靈活。纏繞機械的發(fā)展極大地增進了纖維纏繞技術(shù)進步。(1)纖維纏繞機開始配備精密張力控制系統(tǒng)，以提高纏繞精度。在纏繞過程中，纏繞張力與制品的強度、疲勞性有著親密的關(guān)系，對纏繞制品的性能影響很大。哈爾濱工業(yè)大學正對微機數(shù)控纖維纏繞機精密張力控制系統(tǒng)進行研究，法國則開發(fā)出一種用于粗紗的精密纏繞系統(tǒng)。(2)多軸纏繞機得到應(yīng)用。多軸纏繞機既能提高生產(chǎn)率，也使得纏繞形狀更為復(fù)雜的產(chǎn)品成為可能。EnTec公司纏繞透平機葉片的計算機控制纏繞機有11個軸；在美國華盛頓州塔科馬市建立的復(fù)合材料研究開發(fā)中心的多軸數(shù)控纏繞機可生產(chǎn)長度達4mm的纏繞件，可進行多筒纖維纏繞、樹脂自動分派，質(zhì)量自動控制等，該中心正在研究開發(fā)飛輪組件，涉及飛輪轉(zhuǎn)子、飛輪外殼等。(3)與工藝復(fù)合化發(fā)展方向相適應(yīng)，纏繞機上也增加了某些輔助裝置，如帶鋪放頭、加熱和壓輥裝置、切斷裝置等?，F(xiàn)在已有許多公司出售熱固性和熱塑性纖維鋪放機，并已成功用于自行車架、機翼梁、小型船身、錐殼及飛機進氣口通道等部件的制造。(4)機器人與纏繞機相結(jié)合。機器人用于纖維纏繞含有自由度多、運動靈活、工藝范疇寬等優(yōu)點，特別適合纏繞小型復(fù)雜構(gòu)件，涉及軸不對稱和雙凹面部件。美、歐及加拿大正在研究開發(fā)機器人纖維纏繞機，如比利時Leuven天主教大學用一臺PUMA-762機器人與兩軸數(shù)控纏繞機聯(lián)接，纏繞了多個零件；加拿大OTTAWA大學也用機器人成功纏繞了T型管；德國AACHEN工業(yè)大學建成了一種復(fù)合材料柔性制造單元，己成功生產(chǎn)出機床主軸、飛機機身等零件；Northop’SVenturaDivision也正在用機器人纏繞導管組件。另外，CAD、CAM和仿真技術(shù)在纖維纏繞工藝和纖維纏繞設(shè)備中的應(yīng)用日益增多，國內(nèi)外已有某些實用化的軟件問世。CAD、CAM與傳統(tǒng)纏繞工藝的結(jié)合，有助于縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、減少廢品率、提高制品的質(zhì)量，能提高自動化水平及生產(chǎn)柔性。但與傳統(tǒng)CAD／CAM技術(shù)相比，纖維纏繞CAD／CAM技術(shù)的研究才剛剛起步，研究成果有限，遠未達成成熟地步。五.纖維纏繞成型工藝的應(yīng)用1.國外纖維纏繞成型工藝的應(yīng)用現(xiàn)在，纖維纏繞技術(shù)已廣泛應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機殼體、固體火箭發(fā)動機燒蝕襯套、火箭發(fā)射筒魚雷食品艙、飛機機頭雷達罩、天線桿、點火器、波導管、連接裙、航天飛機的機械臂，發(fā)動機機匣、燃料貯箱、發(fā)動機短艙、飛機副油箱導彈、魚雷發(fā)射管、機槍槍架、火箭發(fā)射筒等航空航天領(lǐng)域。C／CFRP是用來制造洲際彈道導彈的鼻錐、發(fā)動機噴管和殼體的最佳選材，且已實用化。MK是美國核武庫中最為先進的機動洲際彈道導彈。它的長度為21.3m，直徑2.3m，發(fā)射質(zhì)量39.5t。它不僅鼻錐和噴管喉襯采用了C／CFRP，并且儲運發(fā)射筒(箱)也采用了芳綸(凱芙拉纖維，KF)的纏繞復(fù)合材料。發(fā)射筒長24m，質(zhì)量約8.2t。KF的優(yōu)點是質(zhì)量輕，比強度高，韌性非常好。固體發(fā)動機的噴管是一換能器。它將殼體內(nèi)裝的推動劑經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽俳?jīng)噴管轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，從而產(chǎn)生推力以推動火箭或?qū)椏朔厍蛞ο蛏巷w行。推動劑燃燒時產(chǎn)生的高溫高壓和高能粒子通過收斂擴散從噴管以3.0～4.5馬赫的超音速噴出，噴管承受3500℃高溫、5～15MPa的壓力和高能粒子的沖刷，規(guī)定噴管材料需經(jīng)受這一惡劣環(huán)境而不燒損。特別是噴管喉襯的工作環(huán)境最為苛刻，但規(guī)定經(jīng)燒蝕、沖刷而尺寸穩(wěn)定；否則，喉徑尺寸變大，臨界截面也隨之變化，噴射壓力下降，推力也降，最后會造成推重比(發(fā)動機推力與起飛質(zhì)量之比)下降，發(fā)射失敗?，F(xiàn)在，制造大型火箭或?qū)椀膰姽懿牧鲜怯肅/CFRP，且已實用化。固體發(fā)動機殼體的輕量化、復(fù)合化是提高其性能的有效途徑。固體發(fā)動機殼體的制造大多采用纏繞(FW)工藝，所用碳纖維為高強中模型。現(xiàn)在，CFRP廣泛用于戰(zhàn)略導彈和發(fā)動機殼體，發(fā)動機性能得到明顯提高。國外有諸多直升機部件采用長絲纏繞工藝辦法，這其中有美國貝爾公司的AH—IG夾層構(gòu)造尾斜梁、B—206垂尾、OH—58的平尾管梁與蒙皮及硬殼式式尾梁；與此同時美國西科斯基公司用纏繞工藝辦法研制了S—76的尾梁、水平安定面和斜梁(即ACAP)計劃；法國宇航公司也研制了纏繞成形的復(fù)合材料尾梁替代海豚直升機鋁合金面板的夾層構(gòu)造尾梁。國外纏繞工藝辦法還用到LHX計劃、EH101起落架部件和操縱系統(tǒng)拉桿及傳動系統(tǒng)的傳動軸。隨著纏繞技術(shù)的不停發(fā)展，其應(yīng)用已逐步擴大到某些機體構(gòu)造，如全復(fù)合材料小型飛機“星舟”號的原型機機身?，F(xiàn)在直升機上可采用纏繞成形的部件除機身和尾梁外有：翼面構(gòu)造，如槳葉、平尾、垂尾、槳葉根部、旋翼軸、起落架零件(橫管、搖臂和緩沖支柱外筒等)、操縱桿件、傳動軸等旋轉(zhuǎn)體部件。1.座艙骨架早期的座艙骨架普通由鋁合金梯形管通過構(gòu)成，各在定位型架上成型。隨著復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展，當代直升機為了減小構(gòu)造重量系數(shù)，減少成本等目的而采用復(fù)合材料整體設(shè)計和制造技術(shù)。座艙骨架由于其截面形狀多為四邊形和多邊形。因此選用復(fù)合材料制造時，普通采用預(yù)浸料鋪放或纏繞的辦法制造。同樣，采用長絲纏繞制造也是可行的，并且有其特有的優(yōu)勢。制造時可將其分為若干段管梁進行纏繞，然后通過膠接加鉚(螺)接的辦法裝配而成。2.機身中段機身中段構(gòu)造是直升機的主承力構(gòu)件，其構(gòu)造形狀為近似四邊形或多邊形，適宜采用纏繞工藝辦法制造。但此處協(xié)調(diào)關(guān)系多，開口我，受力復(fù)雜，且為直升機的主承力部分，采用纏繞技術(shù)進行設(shè)計和制造有一定困難，需精心設(shè)計，可作為纏繞技術(shù)在直升機上的一種發(fā)展方向。據(jù)資料介紹，戰(zhàn)術(shù)運輸直升機NH—90的機身是用纏繞工藝辦法制成，其機身是菱形橫截面，寬度約2米多，如此龐大的機身構(gòu)造纏繞辦法制造成功，在國際上是首例，是復(fù)合材料設(shè)計和新工藝成功的一種創(chuàng)舉。3.尾梁直升機尾梁構(gòu)造多為截面形狀為圓形、長圓形四邊形、多邊形的錐體，因而非常適合采用復(fù)合材料纖維纏繞整體成型的工藝辦法制造。美國西科斯基公司ACAP計劃設(shè)計的S—76全復(fù)合材料機身構(gòu)造，其尾梁就采用了長纖維(石墨纖維/環(huán)氧樹脂)纏繞成形。4.水平安定面、斜梁等翼面構(gòu)造水平安定面及斜梁若采用長纖維纏繞成形后，則能夠采用下列兩種辦法：僅受力盒段采用纏繞技術(shù)制造先計算好翼面構(gòu)造兩端翼形截面的周向長度，由于其為直母線構(gòu)造，因而可將其先制成圓形或長圓形錐(柱)體構(gòu)造，再通過上下對合模對其整形、固化制成最后形狀。5.起落架零部件普通起落架普通選用金屬材料制造，重量代價相稱大。若采用復(fù)合材料制造，著重效果十分明顯。特別是起落架零部件多為旋轉(zhuǎn)體構(gòu)造，如橫管、搖臂、減震支柱的外筒等，這為起落架零部件采用纏繞成形技術(shù)提供了良好的條件。如美國的LHX計劃，其起落架橫管采用了在鋼管套筒上纏繞石墨纖維(樹脂為環(huán)氧)的辦法制造。復(fù)合材料纏繞橫管比鋼管減重8.52kg，約44.2%。6.旋翼軸普通，主旋翼軸是由韌性好，耐疲勞的合金鋼制造。波音公司曾將波音直升機的后旋翼軸用石墨纖維纏繞制成，其長2.1m底部33cm直徑、壁厚5cm。為了在滿足強度規(guī)定的同時還滿足彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的規(guī)定，纖維單向纏繞角度取為30°。制造好的旋翼軸的安裝狀態(tài)