复合材料缠绕技术工艺发展前景

引言

“双碳”战略不断深化，制造业绿色化方向发展的同时逐步实现智能化转型，复合材料的可再生潜力非常强而得到各个领域的关注，其优势在于有很高的强度，有良好的耐腐蚀性，能够取得钢材以及塑料等传统材料。复杂材料的制造中，加工成型依赖于纤维缠绕技术。随着各种新兴技术涌现出来，诸如人工智能技术以及工业互联网等等，融入到重塑缠绕技术中，新的生产范式被构建，由此实现该技术的数据驱动转变[1] 。下面分析工艺技术创新方向，探讨应用领域的多元化拓展以及市场驱动因素与投资机遇，最后提出该技术的未来展望。

1. 工艺技术创新方向

复合材料缠绕技术的发展进程实施上就是将机械自动化技术深入融合到材料工程中。多年以来，缠绕工艺采用人工操作方式，设备结构非常简单，缠绕操作的精度不敢逃，所制造的压力容器形状简单。现在的数控系统全面普及，缠绕设备采用路径编程方式可自动调节张力，保证制品的一致性，提高可靠性。随着各种新兴技术的涌现出来，应用于符合材料缠绕工艺，该技术会向“数字孪生+智能决策”方向演进[2] 。比如，缠绕技术结合使用人工智能算法，系统基于实时传感器数据对缠绕张力、运转速度以及运行路径以调整，由此达到自适应缠绕的效果，如此复杂结构件制作的过程中需要非匀称受力，其能够满足需求，整体结构效率提高。

2. 应用领域多元化拓展

随着材料性能的提升以及成本降低，应用边界快速向外延展。比较具有代表性的应用领域如下：

2.1 航空航天领域

航空航天领域应用环向缠绕技术，主要的作用是制造卫星支撑结构、火箭发动机壳体以及喷管部件。比如，SpaceX 的“猎鹰 9 号”火箭燃料舱的制造中，所采用的是碳纤维湿法缠绕技术，与传统的铝合金结构相比较，其重量减轻 40% ，不仅抗压强度非常高，而且具有良好的抗疲劳性能。

2.2 船舶工业领域

船舶工业领域应用纵向缠绕技术，能够使得船体龙骨与肋骨的承受力提升，舰艇的抗冲击能力更高，从而保证航行的稳定性。如果是深海探测器或者军用潜艇等特种装备，应用缠绕技术效果良好。

2.3 能源与交通领域

能源与交通领域，缠绕工艺技术的应用中，原材料高效利用且已经超过 90% ，能源消耗量低，且连续生产规模不断扩大。当前，该制造技术已经成为石油天然气输送管道、高压氢气瓶以及 LNG 储罐的主流[3] 。比如，恒安泰公司自主研发了柔性海底复合管道，已经通过了质量验收，在南海深水油气田开发过程中应用效果良好。该管道应用多层缠绕结构，外层所采用的是耐磨玻璃钢，内衬所采用的是耐腐蚀氟塑料，中间层则是采用交替缠绕的方法使得芳纶纤维与碳纤维强度提升，且具有良好的柔韧性，当处于 3000 米水深环境下，可长期运行且维持良好的稳定性，抗压能力超过30MPa。

2.4 建筑领域

缠绕工艺技术在建筑领域意义深远。比如，我国的一些偏远山区应用竹缠绕技术建模块化安居房，不仅成本低，而且容易组装，使得农村住房安全问题得以解决。竹缠绕房屋面积为 80 平方米，拼装时间仅为 48 小时，造价还没有达到传统砖混结构的 60% ，而且抗震性能强，防潮效果好，而且经过阻燃处理之后防火效果良好。

2.5 绿色低碳领域

竹缠绕建材如果在全国范围内推广，每年的碳排放减少量可超过 5000

万吨。未来五年，这个领域的市场规模还会快速增长，增长的速度超过 25

% ，将成为推进“双碳”战略的重要抓手。

3. 市场驱动因素与投资机遇

复合材料缠绕技术发展速度快，政策引导以及市场需求发挥双重驱动作用。我国一些地区的地方政府注重有利营商环境建设工作，不然，广东韶关市委书记多次召开会议强调要打造竹产业基地并力争赶超世界，同时出台了一系列扶持政策，主要体现与土地、税收以及人才引进等方面，吸引龙头企业在这里落户[4] 。

当前，世界各个国家出台了“禁塑令”，加之消费者倾向于可持续产品的使用，促使市场需要更多的再生复合材料。欧盟出台《一次性塑料指令》，明确到 2030 年为止，所有的塑料包装还具有可回收性或者可重复使用，这就意味着生物基缠绕材料的替代空间广阔。

全球产业格局开看，欧美发达国家在高端缠绕设备以及碳纤维预浸料领域依然占据主导，但是，亚太地区尤其是中国，自然资源丰富，产业链配套更加完善，制造能力增强，已经快速崛起为全球缠绕技术增长极。我国的竹林面积非常大，已经超过 700 万公顷，年产量之巨大，超过世界总量的 1/3，这就意味着竹缠绕产业在我国拥有坚实的原料基础。我国部分地区通过将资源、技术和资本一体化，形成产业集群，诸如韶关、福建南平等等，将竹子种植、产品加工、新技术研发集成，区域经济新增长点形成。

4. 未来展望

复合材料缠绕技术持续发展，面对应用领域越来越多的要求，已经从原有的追求高性能转向兼顾高效化与绿色化。设备自动化程度升高，以及竹缠绕技术应用已经形成一定的规模，通过发挥其主要增长引擎作用，能够创造更多的经济效益，且发挥其社会价值[5] 。长期角度而言，材料持续创新，比较具有代表性的是纳米增强树脂和自修复复合材料，同时全球化资源布局的合理化，使得行业新的竞争格局形成。投资人员要具备瞻性布局能力，能够突破技术壁垒，以可持续发展理念指导技术持续创新，才能实现可持续制造。

可以预见，复合材料缠绕技术在未来的十年就会从技术验证发展为规模化商用，通过创新材料，采用智能技术制造并在市场上大范围推广，就会在绿色制造时代掌握话语权，发挥引领作用。

结束语：

通过研究明确，在先进制造领域，复合材料缠绕技术是关键的工艺，经历多年的发展，已经成为成熟且完善的技术体系，在众多领域发挥不可替代的价值。从当前的行业发展情况来看，呈现出智能化、绿色化、复合化的发展态势。正是由于各种先进技术的应用，使其在制造业中的核心地位得以巩固。当前“双碳”战略的全面推进，复合材料缠绕技术绿色化转型，以在全球竞争中占有技术制高点。

参考文献：

[1] 王威力，魏程，孙远君，等.聚氨酯树脂基纤维增强复合材料的制备及性能研究[J].纤维复合材料， 2024， 041(2):44-47.

[2] 国家林草局竹缠绕复合材料工程技术研究中心.推动竹缠绕复合材料产业发展 助力落实“以竹代塑”倡议[J].世界竹藤通讯， 2024， 022(2):1-2.

[3] 张行，任明法，王磊，et al.纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度的逐层预测方法[J].Acta Materiae Compositae Sinica， 2024， 041(7)：3796-3802.

[4] 洪星星，王娜，刘宁，等.缠绕低损伤工艺对 T800 碳纤维及复合材料性能的影响[J].合成材料老化与应用， 2025， 054(1):1-5.

[5] 黄泽升，竺铝涛，沈伟，等.纤维缠绕工艺在复合材料压力容器上的研究进展[J].现代纺织技术， 2023， 031(2):14-15.