本文分析了纖維纏繞成型工藝所用設(shè)備的發(fā)展歷程，指出其優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)今后發(fā)展提出建議。
本文分析了纖維纏繞成型工藝所用設(shè)備的發(fā)展歷程，指出其優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)今后發(fā)展提出建議。
1946年，纖維纏繞技術(shù)在美國(guó)注冊(cè)，纖維纏繞成型工藝開(kāi)始發(fā)展。按形成螺旋線的主運(yùn)動(dòng)方式，所用纏繞機(jī)的布局類(lèi)型在20世紀(jì)60年代已基本完成 ，如圖1至圖12所示。
1965年，北京251廠設(shè)計(jì)了我國(guó)首臺(tái)臥式纖維纏繞機(jī)“525”（圖 2），該纏繞機(jī)于 2011 年“退休”。1966年，251廠設(shè)計(jì)了圖3所示齒鏈?zhǔn)綑C(jī)械無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)纏繞規(guī)律的環(huán)鏈臥式纖維纏繞機(jī)，此機(jī)不用掛輪，可便捷地調(diào)節(jié)纏繞規(guī)律與排紗密度，生產(chǎn)了多種規(guī)格的氣瓶。從結(jié)構(gòu)布局上考慮，對(duì)生產(chǎn)15 L 及其以下氣瓶用的鏈條式纏繞機(jī)采取鏈傳動(dòng)垂直面布置（圖4）；對(duì)生產(chǎn)20 L 及其以上氣瓶用的鏈條式纏繞機(jī)采取鏈傳動(dòng)水平面布置，其鏈輪由前者的兩只變?yōu)樗闹弧?/span>
北京251廠（北京玻璃鋼研究院，時(shí)稱(chēng)所）與哈爾濱玻璃鋼研究院（時(shí)稱(chēng)所）分別于1965年和1966年推導(dǎo)出不同表述方式的纖維纏繞規(guī)律，并開(kāi)發(fā)了機(jī)械控制的臥式纖維纏繞機(jī)。
1964年，哈爾濱玻璃鋼研究院成功研制軌道式纏繞機(jī)，這是我國(guó)臺(tái)纖維纏繞機(jī)。圖8所示為近年企業(yè)用國(guó)產(chǎn)軌道式纏繞機(jī)。
1966年，紡織工業(yè)部下達(dá)大型立式纖維纏繞機(jī)項(xiàng)目，七機(jī)部43所、中國(guó)紡織科學(xué)研究院、北京251廠、太原重型機(jī)械廠、陜西重型機(jī)械廠共五家單位參加。該項(xiàng)目于次年完成，迄今仍在使用。1984年，北京電力設(shè)備總廠引進(jìn)了加拿大立式纏繞機(jī)。
美國(guó)在1963年便發(fā)布了滾轉(zhuǎn)式纏繞機(jī)，見(jiàn)圖13。2002年，哈爾濱玻璃鋼研究院為哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所設(shè)計(jì)了滾轉(zhuǎn)式纖維纏繞機(jī)，見(jiàn)圖14。
1974年，北京251廠成功研制X2型行星式纖維纏繞機(jī) ，傳動(dòng)系統(tǒng)中采用了三軸同心行星原理，見(jiàn)圖15與圖16。
近年在日本，芳綸纖維采用干法纏繞，纏后包覆基體樹(shù)脂。芳綸干法纖維纏繞機(jī)見(jiàn)圖17。
進(jìn)入21世紀(jì)，纖維纏繞機(jī)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的布局方式有了新的發(fā)展。圖18至圖20所示為芯模雙軸向運(yùn)動(dòng)式纖維纏繞機(jī)。日本岐阜大學(xué)與村田機(jī)械有限公司開(kāi)發(fā)了“多元供給纖維纏繞”（MFG-MultiSupply Filament Winding）機(jī)，其主軸同時(shí)作軸向直線移動(dòng)與繞己軸線迴轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)螺旋線纏繞，見(jiàn)圖21。該機(jī)可以測(cè)地線和非測(cè)地線纏氣瓶，亦可生產(chǎn)管道。其采用180個(gè)碳纖維紗筒，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化纏繞，提高了生產(chǎn)率，所產(chǎn)管道抗扭強(qiáng)度得到大幅提升，并擬生產(chǎn)汽車(chē)零部件。
出于多工位纏繞制的需要，龍門(mén)式纏繞機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，從而避免了因繞絲頭（有的還帶膠槽）行經(jīng)床身而對(duì)導(dǎo)軌造成污染。
近年由于引入了機(jī)器人，纖維纏繞機(jī)布局有許多變化，且為了提高生產(chǎn)率，出現(xiàn)了以生產(chǎn)線布局發(fā)展的趨勢(shì)。如北馬奇頓麥科羅公司（MikroSAM）開(kāi)發(fā)的輔助機(jī)器人纖維纏繞自動(dòng)生產(chǎn)線（圖22、圖23），從內(nèi)襯輸送，裝卸內(nèi)襯或纏繞好的工件，直到固化為成品，連續(xù)進(jìn)行。可生產(chǎn)CNG罐、LPG罐、燃料電池用氫氣瓶等產(chǎn)品，單條生產(chǎn)線年產(chǎn)能逾6萬(wàn)件。
2014年，上海萬(wàn)格復(fù)合材料技術(shù)公司綜合五家德國(guó)公司和三家國(guó)內(nèi)公司技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)機(jī)器人纖維纏繞氣瓶自動(dòng)生產(chǎn)線（圖24），已出口日本。臺(tái)灣地區(qū)購(gòu)其十工位纏繞設(shè)備，生產(chǎn)的液化氣罐已獲德國(guó)認(rèn)證。
英國(guó)泰斯金普公司（Cygnet Texkimp）率先推出世界高速3D纖維纏繞系統(tǒng)（圖25），可生產(chǎn)具有非線性中軸和多樣化截面的復(fù)合材料部件。
就控制而言，纖維纏繞機(jī)迄今已歷經(jīng)四個(gè)階段：機(jī)械式（二十世紀(jì)五六十年代）、數(shù)控式（20世紀(jì)70年代）、微機(jī)控制式（20世紀(jì)70年代后期迄今）、機(jī)器人（20世紀(jì)90年代至今）。
1947年，美國(guó)Kellog公司制造了世界臺(tái)機(jī)械纏繞機(jī)。機(jī)械式控制即借傳動(dòng)系統(tǒng)本身調(diào)節(jié)控制。如鏈條式纏繞機(jī)，一般通過(guò)調(diào)整掛輪調(diào)出纏繞規(guī)律和排紗密度。常用工具書(shū)為掛輪選取表。計(jì)算排紗密度時(shí)到小數(shù)點(diǎn)后第8位，70年代前用手算，后用計(jì)算器算。微小的角位移會(huì)影響產(chǎn)品上的排線精度并導(dǎo)致不穩(wěn)定，故馬氏機(jī)構(gòu)一類(lèi)的傳動(dòng)不宜采用。值得一提的是河北省冀州市昌泉械器廠在2001年自行研發(fā)的“異類(lèi)”纏繞機(jī)。其導(dǎo)絲頭運(yùn)動(dòng)由垂直面上的平面凸輪控制，無(wú)需張力系統(tǒng)，即可解決纏繞氣瓶類(lèi)產(chǎn)品時(shí)兩端封頭處的收線問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，然構(gòu)思，實(shí)為難得。
數(shù)控式纖維纏繞機(jī)在60年代中期由美國(guó)安德遜公司（Mc Clean Arderson）率先推出。1974年，哈爾濱玻璃鋼研究所引進(jìn)西德 Joseph.Bayer 公司的WE-250型數(shù)字程序控制電液伺服纖維纏繞機(jī)（圖26）。該機(jī)為四軸：主軸旋轉(zhuǎn)，小車(chē)往復(fù)移動(dòng)，繞絲頭垂直于主軸軸線垂直面伸縮，繞絲頭垂直于主軸軸線垂直面轉(zhuǎn)角擺動(dòng)。該機(jī)紗架置于車(chē)上，車(chē)與繞絲頭和浸膠槽所在的小車(chē)同步往復(fù)移動(dòng)，以減小纏繞紗的張力波動(dòng)。航天43所也引進(jìn)了西德公司的纏繞機(jī)。后北京251廠對(duì)引進(jìn)的德國(guó)設(shè)備進(jìn)行了分析，自行設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)數(shù)控纖維纏繞機(jī)（圖27）。
20世紀(jì)80年代以來(lái)，微機(jī)控制纖維纏繞機(jī)（MCFW）發(fā)展甚快。廠家有美國(guó)安德遜公司、哥德華賽工程公司（Goldsworthy Engineering）、工程技術(shù)公司（ENTEC-Engineering Technology）、德國(guó)百事得（BSD）公司、華特與威瑟（Waltritisch & Wachter）公司等?，F(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上的纏繞機(jī)已達(dá)到六軸，如圖28所示。
哈爾濱玻璃鋼研究院曾引進(jìn)美國(guó)工程技術(shù)公司5K-48-360型微機(jī)控制纖維纏繞機(jī)，該機(jī)采用兩臺(tái)微機(jī)，分別用于計(jì)算和控制。航天四院43所曾引進(jìn)德國(guó) Bayer公司 WEⅡ-220/1200-E-S/20型微機(jī)控制纖維纏繞機(jī)。該機(jī)出紗速度為1 m/s，除通用纏繞程序外，還能作各種非線性纏繞和零度鋪層，筒體、管、罐、球、錐等變徑旋轉(zhuǎn)體和某些非軸對(duì)稱(chēng)體均可纏繞。該所還引進(jìn)過(guò)俄羅斯纖維纏繞機(jī)。圖29與圖30所示分別為BSD 5型纖維纏繞機(jī)與MikroSAM新型自動(dòng)化壓縮天然氣氣瓶生產(chǎn)線。
2004年創(chuàng)立的法國(guó)MFTech公司早研究機(jī)器人纏繞并將其商業(yè)化，由該公司提供的機(jī)器人纏繞設(shè)備充分利用了機(jī)器人的柔性，可采用抓取模具和帶動(dòng)導(dǎo)絲頭兩種方式進(jìn)行纏繞成型，見(jiàn)圖31、圖32。
成都曾考慮引進(jìn)美國(guó)林肯（Lincoln）公司纏繞機(jī)生產(chǎn)氣瓶，時(shí)該司技術(shù)為國(guó)際高水平，設(shè)備自動(dòng)化水平高，然對(duì)我國(guó)出口受限制，后購(gòu)德BSD纏繞機(jī)。北京曾引進(jìn)法國(guó)普拉斯特瑞克斯（Plastrecs）公司纏繞機(jī)生產(chǎn)氣瓶。歐洲的精密纏繞軟件較貴。我國(guó)有關(guān)單位引進(jìn)德國(guó)纏繞機(jī)后加以完善，其功能大為提升。
20世紀(jì)90年代起，國(guó)內(nèi)一些大學(xué)和企業(yè)紛紛開(kāi)展了MCFW和機(jī)器人纏繞機(jī)研發(fā)，如哈爾濱玻璃鋼研究院、武漢理工大學(xué)（圖33）、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中船625所、武漢九迪復(fù)合材料公司、哈爾濱理工大學(xué)（圖34）、南京航空航天大學(xué)及其合作的上海萬(wàn)格公司、蘇州中科時(shí)代電子技術(shù)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(shù)控機(jī)械有限公司、臺(tái)灣工業(yè)研究院、臺(tái)灣金財(cái)興公司等。2000年，筆者曾訪問(wèn)位于新竹的工業(yè)研究院，得知其已成功研發(fā)了七軸纏繞機(jī)。幾年前我國(guó)海關(guān)已明令限制出口四軸以上纏繞機(jī)，撫今追昔，筆者深為我國(guó)進(jìn)步而自豪！
為改善纏繞層與塑料內(nèi)襯的界面，有必要對(duì)內(nèi)襯表面進(jìn)行等離子處理。塑料內(nèi)襯等離子處理機(jī)如圖35所示。
微機(jī)控制纖維纏繞張力的紗架已在國(guó)內(nèi)外推廣，21世紀(jì)初蘇州中科時(shí)代開(kāi)發(fā)成功（圖36），北京251廠使用早（2004年）。武工大、哈工大、江南四棱數(shù)控等單位現(xiàn)也已投入使用。
熱塑性復(fù)合材料纏繞的關(guān)鍵是加熱方式。在多種加熱方式中，紅外線、激光、火焰三種方式為工業(yè)界所接受，其中以激光加熱速度快。激光加熱纏繞原理見(jiàn)圖37。
1917年，愛(ài)因斯坦提出受激輻射的概念。1960年，臺(tái)激光器誕生。激光器何時(shí)用于復(fù)合材料已不可考。1998年，筆者考察德國(guó)凱薩斯勞頓大學(xué)研究所時(shí)，即見(jiàn)到用激光加熱進(jìn)行尼龍基體復(fù)合材料氣瓶的纏繞，見(jiàn)圖38、圖39。
3. 1 熱固性復(fù)合材料連續(xù)管道纖維纏繞
20世紀(jì)50年代美、法、英、瑞典、前蘇聯(lián)等國(guó)即已開(kāi)發(fā)多種類(lèi)型的定長(zhǎng)管和連續(xù)管纖維纏繞機(jī)。前蘇聯(lián)哈爾科夫礦業(yè)學(xué)院研制了步進(jìn)式八瓣滑動(dòng)模連續(xù)纏管機(jī)（圖40、圖41），美國(guó)曾開(kāi)發(fā)立式移動(dòng)芯軸式連續(xù)纏管機(jī)（圖42）。
20世紀(jì)60年代，丹麥德羅索斯（Drostholm）公司開(kāi)發(fā)了世界首條凸輪鋼帶式連續(xù)纏管機(jī)。美國(guó)OC公司和日本積水等公司在20世紀(jì)70年代先后從丹麥引進(jìn)連續(xù)纏繞技術(shù)，挪威VEROC與阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)合股在迪拜建立了三條連續(xù)管生產(chǎn)線。世界上，Ami?antit，F(xiàn)uture，F(xiàn)lowtite等大型玻璃鋼管道公司均采用鋼帶式連續(xù)纏繞機(jī)制造玻璃鋼夾砂管，見(jiàn)圖43至圖46。
我國(guó)在 1975—1978 年曾研究連續(xù)纏繞設(shè)備。哈爾濱建工學(xué)院學(xué)生在北京251廠實(shí)習(xí)期間，參考前蘇聯(lián)《玻璃鋼管的制造》一書(shū)，開(kāi)發(fā)了“步進(jìn)式”連續(xù)纏管機(jī)。北京251廠與武漢理工大學(xué)合作開(kāi)發(fā)了“鋼帶1式”連續(xù)纏繞機(jī)，可惜由于尚欠完善且市場(chǎng)尚未認(rèn)識(shí)，工作未能繼續(xù)下去。當(dāng)時(shí)鋼帶式連續(xù)纏繞機(jī)設(shè)計(jì)直徑為100 mm，直徑小，曲率大，鋼帶彎曲受力大，不但壽命短，而且設(shè)計(jì)處理亦是問(wèn)題。國(guó)際上鋼帶式連續(xù)纏繞機(jī)小直徑為300 mm，而實(shí)際上小直徑不一定要使用這種機(jī)器。
1976 年，臺(tái)灣地區(qū)的美明公司引進(jìn)了使用VEROC工藝的丹麥設(shè)備。1995年后，河南安陽(yáng)引進(jìn)了意大利Sarplast公司相同原理的生產(chǎn)線。不久廣東省湛江市下的吳川市引進(jìn)了以色列的生產(chǎn)線。1997年，美國(guó)OC公司在長(zhǎng)春設(shè)廠，以連續(xù)法生產(chǎn)玻璃鋼管，1999年遷土耳其。
2010年，上海引進(jìn)意大利VEM公司連續(xù)管生產(chǎn)線投產(chǎn)。近年連云港、重慶推出了相同原理的生產(chǎn)線。青島曾開(kāi)發(fā)無(wú)凸輪的鋼帶式連續(xù)管機(jī)。國(guó)內(nèi)設(shè)備開(kāi)發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是，要重視工藝及其軟件，設(shè)備運(yùn)行要穩(wěn)定，忌鋼帶打滑與重疊。泉州福建路通管業(yè)科技股份有限公司引進(jìn)歐洲技術(shù)制造了凸輪鋼帶式連續(xù)管生產(chǎn)線，生產(chǎn)直徑達(dá)4 m。
2008年，重慶慶陽(yáng)公司成功研發(fā)全自動(dòng)連續(xù)復(fù)合管道生產(chǎn)線，見(jiàn)圖47至圖49。該線無(wú)笨重的供給平臺(tái)，整體重量減輕；干法供料系統(tǒng)改為浸潤(rùn)供料系統(tǒng)；使用高溫替代常溫固化，強(qiáng)度提升10%以上；樹(shù)脂可循環(huán)使用，內(nèi)外密閉加溫，節(jié)約能源。哈爾濱理工大學(xué)研發(fā)彎頭自動(dòng)纏繞機(jī)與三通纏繞機(jī)，見(jiàn)圖50、圖51。
杭州和博管道研究所歷時(shí)四年，斥資 4 000萬(wàn)元，自主研發(fā)成功的非鋼帶矢量式連續(xù)管纏繞機(jī)（圖52），完全改變了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有源于丹麥的鋼帶連續(xù)管生產(chǎn)的模式，上了一個(gè)全新的臺(tái)階。它可適應(yīng)多種橫截面管道的生產(chǎn)，除常用的圓形截面外，還可連續(xù)纏繞任意外凸形截面，如類(lèi)矩形、梯形及其他多邊形、梨形等；可用連續(xù)紗束零角度縱向增強(qiáng)；用中空截面增加剛度，使用目前原型機(jī)可生產(chǎn)直徑為 3000 mm、環(huán)剛度為40 000 N/m 2 的玻璃鋼管，堪稱(chēng)業(yè)內(nèi)獨(dú)步。設(shè)備有常用口徑?300 ~ 3 000 mm，也可定制超大口徑至?12 000 mm，連續(xù)長(zhǎng)度任意，設(shè)備可臥式纏繞，也可以立式纏繞。該機(jī)綜合了熱固、熱塑、纏繞、擠出、拉擠等多方面的優(yōu)勢(shì)，全機(jī)機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)思巧妙，令人折服；采用微波加熱，于連續(xù)纏繞工藝尚系初見(jiàn)。2018年，經(jīng)查新和業(yè)內(nèi)專(zhuān)家評(píng)議，居國(guó)際。
鋼帶式連續(xù)管生產(chǎn)線和矢量式連續(xù)管纏繞機(jī)用于生產(chǎn)直徑較大管道，直徑300 mm以下的管道另有多種工藝裝備。2009 年，中國(guó)復(fù)材展JEC創(chuàng)新產(chǎn)品中，石家莊華強(qiáng)福瑞普國(guó)際貿(mào)易有限公司開(kāi)發(fā)的步進(jìn)式FRP-LX300型玻璃鋼管道連續(xù)生產(chǎn)線（圖53、圖54）產(chǎn)品直徑即為300 mm以下（含）。
美國(guó) Fiberspar公司于 1999年開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)連續(xù)纏繞柔性管，據(jù)稱(chēng)是當(dāng)今全球業(yè)界的。其生產(chǎn)工藝如下：擠出高密度聚乙烯或交聯(lián)聚乙烯熱塑性塑料內(nèi)襯層（壓力防滲漏層）→多次環(huán)向纏繞玻纖環(huán)氧層（結(jié)構(gòu)層）→外包覆熱塑性塑料層（耐磨層）。整個(gè)生產(chǎn)線（圖55）全部自動(dòng)控制，由14臺(tái)纏繞機(jī)、牽引機(jī)、固化爐、收卷裝置以及兩臺(tái)擠出機(jī)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(hù)層，制成管線。生產(chǎn)速度取決于管徑，一般為2.7 ~ 3.6 m/min。一根管線連續(xù)生產(chǎn)長(zhǎng)度可達(dá) 10800 m，理論上可以達(dá)到無(wú)限長(zhǎng)度。
河北省景縣恒安泰公司即采用此類(lèi)生產(chǎn)工藝，其承擔(dān)的十二五863科技項(xiàng)目 — —柔性海底管道關(guān)鍵技術(shù)研究，于2016年通過(guò)科技部組織的專(zhuān)家驗(yàn)收。其連續(xù)管道生產(chǎn)線見(jiàn)圖56。
2012年，澳大利亞長(zhǎng)輸管道公司推出了被稱(chēng)為“流體高速公路”技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的連續(xù)管道生產(chǎn)線（圖57），產(chǎn)品直徑為300 ~ 1 000 mm。其生產(chǎn)流程如下：將450 m 的管道預(yù)制布折放在架子上，與樹(shù)脂等一起存放在集裝箱內(nèi)→野外生產(chǎn)時(shí)，預(yù)制布和樹(shù)脂等材料從集裝箱供料給制管機(jī)→空氣支撐，并使用樹(shù)脂浸潤(rùn)，包裹上外殼使管道終成型。
“流體高速公路”預(yù)制布共三層：①內(nèi)襯層，設(shè)計(jì)為適應(yīng)流體的傳輸；②支撐層，一般為玻璃纖維、芳族纖維、玄武巖纖維或者碳纖維和樹(shù)脂；③外殼層，直到野外施工時(shí)才安裝。
2020年，重慶慶陽(yáng)控股（集團(tuán)）有限公司、河南省沁陽(yáng)市復(fù)合材料研究院與濮陽(yáng)縣福瑞普建材公司分別成功研制直徑為10 ~ 250 mm連續(xù)纏繞玻璃鋼管生產(chǎn)線。此線無(wú)鋼帶建模，在簡(jiǎn)捷的設(shè)備上，低成本率完成玻璃鋼管道的連續(xù)成型，生產(chǎn)速度可以達(dá)到2 m/min，其訣竅為牽引履帶機(jī)公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)同步進(jìn)行。韓國(guó)亦有此類(lèi)似設(shè)備。小直徑非鋼帶連續(xù)纏繞玻璃鋼管生產(chǎn)線及其牽引部件見(jiàn)圖 58、圖59。
3. 2 熱塑性復(fù)合材料連續(xù)管道纖維纏繞
2008年，荷蘭Airborne公司投產(chǎn)了連續(xù)管生產(chǎn)線（圖60），據(jù)稱(chēng)該公司是全球全尺寸熱塑性復(fù)合管材廠家。該公司開(kāi)發(fā)了一種的全自動(dòng)化連續(xù)纏繞工藝軌道式纏繞機(jī)，以熱塑性預(yù)浸帶纏繞成管，并在現(xiàn)場(chǎng)固結(jié)，直接形成產(chǎn)品，產(chǎn)品內(nèi)徑為25.4~ 190.5 mm，可大量生產(chǎn)熱塑性復(fù)合材料管，單卷連續(xù)長(zhǎng)度為3000 m。
英國(guó)Ridgway Machines Ltd.的“RTP Tapin Line”是典型的熱塑性連續(xù)管道生產(chǎn)線（圖61）。長(zhǎng)春高祥特種管道公司已引進(jìn)該生產(chǎn)線，安徽、江蘇等地已有類(lèi)似生產(chǎn)線投產(chǎn)（圖62）。
荷蘭Pipelife Nederland B.V.公司、美國(guó) PolyflowGlobal公司、南京航天晨光、加拿大Flexpipe Systems公司、英國(guó)Magma global公司、美國(guó)TherCoil公司等均生產(chǎn)復(fù)材連續(xù)管。
國(guó)內(nèi)上海金緯機(jī)械制造公司出品的高壓 RTP纏繞復(fù)合管道生產(chǎn)線（圖63）有三種型號(hào)，產(chǎn)品直徑為63 ~ 315 mm。廣州勵(lì)進(jìn)管道科技有限公司亦推出類(lèi)似生產(chǎn)線，見(jiàn)圖64。
一般纖維纏繞容器類(lèi)產(chǎn)品的機(jī)器均可生產(chǎn)定長(zhǎng)管道，故不多述。20世紀(jì)70年代，美國(guó)安德遜公司開(kāi)發(fā)了芯軸往復(fù)移動(dòng)式纏繞機(jī)（圖65）。2002年巴黎JEC展會(huì)上展出了這種原理的纏繞機(jī)模型。
2013年以來(lái)，石家莊萊德公司為浙江等地制造的竹編管纏繞機(jī)（圖66、圖67）也是此原理，但其結(jié)構(gòu)迥異，竹編管纏繞機(jī)床身床頭箱芯軸沿導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)，芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)；竹編架、浸膠槽、導(dǎo)竹編帶頭在床身外側(cè)中間位置固定不動(dòng)。
2014年，衡水華成玻璃鋼公司開(kāi)發(fā)了纖維整圓周軸向零角度鋪放，芯軸作平移往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，紗架、膠槽、導(dǎo)紗頭固定，無(wú)小車(chē)的纏管機(jī)。
4. 1 定長(zhǎng)纏繞工藝管生產(chǎn)線
早在1974年，建材工業(yè)部即下文，要求北京251廠搜集國(guó)外玻璃鋼管生產(chǎn)技術(shù)情況，但由于歷史原因停頓，直至十年之后方始實(shí)施。當(dāng)時(shí)，與多國(guó)多家公司交流后，我們認(rèn)為意大利威德樂(lè)羅西娜公司（Vetroresina S.P.A.）技術(shù)成熟、實(shí)用。在該公司考察期間，我們深入了解了各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，乃至具體配方和操作細(xì)節(jié)，還參觀了一些產(chǎn)品應(yīng)用的地方。該公司是當(dāng)時(shí)歐洲的玻璃鋼管生產(chǎn)企業(yè)，董事長(zhǎng)是歐洲纖維增強(qiáng)協(xié)會(huì)主席。1986年12月17日，河北省衡水地區(qū)冀縣引進(jìn)該公司微機(jī)控制玻璃鋼管罐生產(chǎn)線簽約，次年投產(chǎn)。有FW2500、FW4000纏繞機(jī)，MT4、MT6多軸芯模，懸臂大罐模具機(jī)，封頭制造機(jī)等裝備（圖68、圖69）。管道的直徑為4m，長(zhǎng)度為6 ~12 m；貯罐容積為1 ~150 m 3 。至此拉開(kāi)了我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)復(fù)合材料管罐的序幕，多年后，事實(shí)證明，這是我國(guó)繼1966年自英斯考特巴德公司（Scott Bader）不飽和聚酯樹(shù)脂生產(chǎn)線后又一次成功的引進(jìn)，得到業(yè)內(nèi)人士的肯定。因系自意大利引進(jìn)，又希望客戶滿意，遂建議冀縣引進(jìn)建設(shè)的企業(yè)名為“中意玻璃鋼公司”。
嗣后，連云港、南京高淳、廣州、四川自貢、廣東茂名也陸續(xù)引進(jìn)了意公司生產(chǎn)線（后三家系自Sar?plast公司引進(jìn)，實(shí)際仍為威德樂(lè)羅西娜公司技術(shù)）。吉林龍井引進(jìn)了日本富士化工株式會(huì)社管道生產(chǎn)線，管徑為900 mm。山東青州和新疆米泉引進(jìn)了美國(guó)國(guó)際增強(qiáng)塑料公司（I.R.P.）管罐生產(chǎn)線，產(chǎn)品直徑為3.6 m，貯罐容積為2 ~ 100 m 3 。上?；C(jī)械二廠與江蘇吳江引進(jìn)了美國(guó)復(fù)合材料公司FABRI纖維纏繞機(jī)，該機(jī)采用液壓變速與配換齒輪調(diào)節(jié)，系二手設(shè)備。產(chǎn)品直徑為3.6 m，長(zhǎng)度為12 m。天津曾自美國(guó)ENTEC公司引進(jìn)三臺(tái)纏繞機(jī)。
4. 2 定長(zhǎng)纏繞夾砂管生產(chǎn)線
1992年，武漢理工大學(xué)協(xié)助河北中意玻璃鋼公司引進(jìn)意大利威德樂(lè)羅西娜公司定長(zhǎng)纏繞夾砂管生產(chǎn)線。此生產(chǎn)線由六臺(tái)設(shè)備組成，包括一臺(tái)纏繞制襯機(jī)、一臺(tái)加砂纏繞機(jī)、四臺(tái)固化站、一臺(tái)修整機(jī)、一臺(tái)脫模機(jī)。衡水華成公司和連云港唯德公司將夾砂方式由上夾砂改為下夾砂，由拋灑改為螺桿擠出。圖70、圖71為連云港唯德公司定長(zhǎng)夾砂玻璃鋼管生產(chǎn)線和纏繞機(jī)。圖72、圖73為石家莊萊德公司定長(zhǎng)夾砂玻璃鋼管脫模機(jī)、修整機(jī)。圖74為中意玻璃鋼公司自行開(kāi)發(fā)定長(zhǎng)夾砂玻璃鋼管纏繞機(jī)生產(chǎn)的直徑4 m管。
1994年，江蘇泗陽(yáng)也引進(jìn)了意大利生產(chǎn)線。重慶市云陽(yáng)縣與杭州市分別于1995年、1998年引進(jìn)了法國(guó)Plastrecs夾砂管生產(chǎn)線。
經(jīng)過(guò)幾年管道市場(chǎng)上技術(shù)實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)，目前存活下來(lái)的基本上都是源于意大利Vetroresina公司與Sarplast公司的技術(shù)。
20世紀(jì) 90年代中期，鑒于國(guó)內(nèi)雖已引進(jìn)近 40條管道生產(chǎn)線，但均為大中管徑系統(tǒng)，直徑為 50 ~400 mm的玻璃鋼管生產(chǎn)效率低下，供應(yīng)不足，中意玻璃鋼公司按照意大利Sarplast公司提供的技術(shù)文件在國(guó)內(nèi)制造了一條名為CAMLINE的玻璃鋼管道生產(chǎn)自動(dòng)線，生產(chǎn)直徑為75 mm、長(zhǎng)為6.2 m的管，生產(chǎn)時(shí)間為7 min。值得注意的是該管道內(nèi)襯層的做法：在已纏聚酯薄膜的模具上噴樹(shù)脂，同時(shí)纏表面氈，形成富樹(shù)脂層（圖75），然后同時(shí)噴樹(shù)脂與短切玻纖。
重慶慶陽(yáng)公司研發(fā)成功的立式纏管/電桿及煙囪生產(chǎn)線頗具特色，見(jiàn)圖76、圖77。
2013年，衡水華成公司成功開(kāi)發(fā)軸向0°鋪放大型纏繞機(jī)，采用了16個(gè)氣動(dòng)壓紗裝置，保持0°鋪放的纖維束始終與軸線平行，見(jiàn)圖78?？赏ㄟ^(guò)小車(chē)往返、主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行環(huán)向纏繞，主軸間隔轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度后暫停，進(jìn)行0°鋪放；也可整個(gè)床身帶床頭箱和主軸沿導(dǎo)軌移動(dòng)進(jìn)行纏繞與鋪放。主軸兩端圓周上有掛紗齒，以免超程過(guò)長(zhǎng)。開(kāi)發(fā)該大型纏繞機(jī)是為了制作風(fēng)力發(fā)電機(jī)的玻璃鋼塔筒，使用此機(jī)制造可減少材料用量，大幅度提高制件的力學(xué)性能。該機(jī)器已被河北可耐特公司收購(gòu)，一度十分保密，既不報(bào)獎(jiǎng)，也不轉(zhuǎn)讓。
1995年，我國(guó)個(gè)纖維纏繞高壓玻璃鋼管道企業(yè) — —中美合資哈爾濱史密斯玻璃鋼制品有限公司成立，美國(guó)高壓玻璃鋼管生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)入中國(guó)。江蘇江堰引進(jìn)了美國(guó)ENTEC公司高壓玻璃鋼管道生產(chǎn)線，見(jiàn)圖79，后轉(zhuǎn)售于大慶一公司。兩種美國(guó)技術(shù)各有短長(zhǎng)，前者采用蒸氣加熱鋼芯軸內(nèi)腔，不用固化爐，固化好的管脫模簡(jiǎn)捷方便，無(wú)需脫模機(jī)；后者特色是圓形導(dǎo)紗頭，可提高鋪紗效率。筆者個(gè)人認(rèn)為前者綜合優(yōu)勢(shì)優(yōu)于后者。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有近百條生產(chǎn)線幾乎均源于前者，其主要特點(diǎn)是：纏繞、固化、脫模一體化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有模具的吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)，無(wú)需電加熱固化爐和脫模機(jī)，生產(chǎn)線占地面積只需傳統(tǒng)設(shè)備的三分之一；二或四工位設(shè)計(jì)（圖80），滿足連續(xù)生產(chǎn)需求；蒸汽模內(nèi)傳導(dǎo)加熱固化，熱效高、固化質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高；冷卻水無(wú)損傷快速脫模，其原理是利用金屬模具與聚合物基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)差異，在金屬模具快速冷卻時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者分離。山東金光玻璃鋼集團(tuán)有限公司在制造內(nèi)徑為1 m的環(huán)氧玻璃鋼管時(shí)，在鋼芯模內(nèi)置一根玻璃鋼管，在玻璃鋼管外壁與鋼芯模內(nèi)壁之間構(gòu)成的環(huán)形圓筒之間通入蒸汽，以達(dá)節(jié)能之效。
哈爾濱理工大學(xué)為荷蘭 Future Pipe Industries公司（全球第二大復(fù)材管道制造商，年產(chǎn)值超過(guò)10億美元）研發(fā)了全球首套集纏繞、固化、脫模、磨切及傳輸?shù)裙ば蛴谝惑w的全自動(dòng)玻璃鋼管道生產(chǎn)線（圖81），并出口美、俄等國(guó)。
為保證電桿絕緣性及耐候性，生產(chǎn)玻璃鋼電桿采用芳香族（結(jié)構(gòu)層）和脂肪族（外表層）聚氨酯樹(shù)脂。生產(chǎn)線須選用壓力、流量合適的聚氨酯混料機(jī)，且必須考慮樹(shù)脂的適用期，浸膠槽大小應(yīng)合適。聚氨酯樹(shù)脂膠凝固化快，浸膠槽內(nèi)樹(shù)脂應(yīng)適量。圖82為251廠采用纏繞法制造電桿的聚氨酯浸漬裝置。
武漢九迪復(fù)合材料公司近年開(kāi)發(fā)的聚氨酯玻璃鋼電桿纏繞機(jī)（圖83）綜合了兩種環(huán)氧高壓管生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)，如圓弧導(dǎo)絲頭和針環(huán)組成的布紗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大纖維量鋪層，減少了過(guò)渡段纖維冗余；的浸漬方式配合模具設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了模具頭、尾針環(huán)的反復(fù)使用和樹(shù)脂膠液的節(jié)省；自動(dòng)供膠系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了制品膠含量的控制；纖維運(yùn)動(dòng)路徑的隨動(dòng)式支架設(shè)計(jì)，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度并使物流暢通等。
對(duì)于鋼芯模，可采用電磁感應(yīng)加熱。固化時(shí)，產(chǎn)品及芯模放在固化板的一側(cè)，測(cè)溫探頭放在距離芯模20cm左右處，采用紅外線測(cè)溫，以控制芯模溫度。圖84所示為隔離式鋼芯模電磁感應(yīng)加熱固化裝置。近年激光快速固化管道亦在推廣中，見(jiàn)圖85。
2002年筆者造訪德國(guó)BSD公司時(shí)，見(jiàn)到該公司為法國(guó)宇航中心阿麗亞娜火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的內(nèi)壁纏繞機(jī)正在工作。燃燒室直徑為 3m，長(zhǎng)為 1.10 m（纏時(shí)長(zhǎng)為 1.11 m），工作時(shí) T max =5000 ℃，內(nèi)壁覆以硅橡膠。其公司總工程師稱(chēng)，內(nèi)纏硅橡膠厚為25 mm，工作時(shí)燒去6 mm。硅橡膠帶以熱塑性耐燒蝕樹(shù)脂預(yù)浸。燃燒室為圓筒形，其外圓柱面使用兩根托輥托住，并由托輥帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。纏繞機(jī)導(dǎo)軌（即橫梁）沿軸向從燃燒室中間穿過(guò)， “小車(chē)”沿軸向移動(dòng)。預(yù)浸帶置于“小車(chē)”上，經(jīng)壓輥粘于殼
體內(nèi)壁。殼體邊旋轉(zhuǎn)邊軸向移動(dòng)，速度為5 m/min。據(jù)稱(chēng)這種機(jī)器已有一臺(tái)在法國(guó)宇航中心，我們所見(jiàn)是第二臺(tái)。當(dāng)時(shí)，美國(guó)還沒(méi)有這種機(jī)器，仍使用手工在燃燒室內(nèi)壁粘接硅橡膠，并已提出擬購(gòu)這種纏繞機(jī)。
4. 6 熱塑性定長(zhǎng)復(fù)合材料管
成都康普優(yōu)力科技公司研發(fā)的連續(xù)玻纖與聚乙烯在線復(fù)合纏繞熱塑性玻璃鋼管生產(chǎn)線（圖86、圖87）可生產(chǎn)大直徑熱塑性復(fù)合材料管。相比國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)線，具有一系列優(yōu)勢(shì)：①優(yōu)化組合擠出、預(yù)浸、纏繞三種工藝，減少流通工藝中間環(huán)節(jié)，節(jié)能降耗，效率高，成本低；②可在線靈活調(diào)整三種工藝參數(shù)，俾使?jié)M足不同規(guī)格、不同性能的管材要求；③樹(shù)脂基體和增強(qiáng)纖維選擇調(diào)整便捷多樣；④與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有以纏繞法制造熱塑性復(fù)合材料管的生產(chǎn)設(shè)備相比，容易控制張力，提高纖維強(qiáng)度發(fā)揮率。其主要設(shè)備及其作用如表1所示。
美國(guó)自動(dòng)化動(dòng)力公司（Automated Dynamics）設(shè)備可生產(chǎn)連續(xù)的或定長(zhǎng)的熱塑性復(fù)合材料管，管內(nèi)外為同一種塑料，管內(nèi)襯層及外覆層擠出而成，可含或不含纖維，內(nèi)襯層及外覆層均可有可無(wú)。該公司擁有的見(jiàn)圖88，其生產(chǎn)的制管機(jī)見(jiàn)圖89。
4. 7 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)貯罐
中意玻璃鋼公司與意大利威德樂(lè)羅西娜公司于1988年9月11日簽約、次年投產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)制造臥式貯罐生產(chǎn)線，合同產(chǎn)品的直徑為10 m，容積為1 000 m 3 ；經(jīng)中意公司改進(jìn)后，產(chǎn)品的直徑為15 m，容積為2250 m 3 。臥式纏繞機(jī)見(jiàn)圖90。
連云港中復(fù)連眾公司和如皋九鼎亞特蘭玻璃鋼公司分別于1995年、2000年先后引進(jìn)美國(guó)Tanknetic公司立式貯罐現(xiàn)場(chǎng)纏繞機(jī)，見(jiàn)圖91至圖93。連云港、石家莊、山東安丘等地一些民營(yíng)企業(yè)亦相繼制造出類(lèi)似纏繞機(jī)，并作出了一些改進(jìn)。
一般纏立式罐不作螺旋纏繞，此系立式罐受力分析使然。20世紀(jì)80年代末從意大利引進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)纏繞臥式大罐的纏繞機(jī)就只有環(huán)向纏繞，更遑論后來(lái)江蘇從美國(guó)引進(jìn)的和自制的立式纏繞機(jī)了。2013年，山東省安丘宇航玻璃鋼公司農(nóng)民企業(yè)家楊學(xué)之先生自行成功開(kāi)發(fā)模具不轉(zhuǎn)、小車(chē)圍繞模具轉(zhuǎn)的大型立式儲(chǔ)罐纏繞機(jī)，已獲發(fā)明，其原理圖見(jiàn)圖94。纏繞時(shí)，小車(chē)在軌道上以模具中軸為圓心作圓周運(yùn)動(dòng)，繞絲頭沿小車(chē)上的垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)向纏繞。
使用該纏繞機(jī)制造了貯存1萬(wàn)噸鹽酸的立式儲(chǔ)罐。該罐內(nèi)徑為 32 m，高為 12.6 m，已安全運(yùn)行 7年，見(jiàn)圖95。采用大型貯罐，大大降低了單位容積造價(jià)，節(jié)省占用土地面積，從而降低貯存成本。
1987年，從意大利引進(jìn)的微機(jī)控制FW管罐生產(chǎn)線投產(chǎn)。1989年，從意大利引進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)纏繞貯罐生產(chǎn)線。1993年，自意大利引進(jìn)夾砂管道生產(chǎn)線。嗣后，雖然又從日本、美國(guó)、法國(guó)、加拿大引進(jìn)了生產(chǎn)線，但由于技術(shù)相對(duì)成熟可靠，迄今國(guó)內(nèi)做得好的基本仍是引自或仿自意大利的技術(shù)。
目前，我國(guó)在FW理論及設(shè)備方面已居世界前列，同時(shí)不乏自主創(chuàng)新。如多自由度纏繞機(jī)、鋪放機(jī)、濕法下加砂、連續(xù)纏繞機(jī)的無(wú)凸輪傳動(dòng)系統(tǒng)等。在實(shí)用軟件方面，理論與實(shí)際結(jié)合，簡(jiǎn)明扼要，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，頗受好評(píng)，已出口美國(guó)。不僅發(fā)展中，日本、韓國(guó)、歐美也向我國(guó)采購(gòu)FW相關(guān)設(shè)備。
當(dāng)前，困擾 FRP管罐行業(yè)的，不是技術(shù)水平如何，而是用質(zhì)次的原材料，低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，粗制濫造，野蠻施工，以致一些地方甚至禁用玻璃鋼管，很有前途的產(chǎn)品自斷生路。
美國(guó)CSI公司原創(chuàng)的兩端均有模具的纏罐機(jī)，可交替作業(yè)以提高生產(chǎn)效率，國(guó)內(nèi)連云港唯德公司、石家莊萊德公司均制造此類(lèi)機(jī)器用以生產(chǎn)玻璃鋼雙壁罐，見(jiàn)圖96。
SF雙壁罐內(nèi)膽為鋼（S），將鋼板彎卷，壓制封頭后焊接成型。在其上覆以聚酯薄膜或3D織物，并噴射樹(shù)脂與短切玻纖，經(jīng)固化而成。所需制造裝備主要為內(nèi)膽回轉(zhuǎn)裝置、噴射機(jī)及其軸向移動(dòng)裝置，見(jiàn)圖97。
在現(xiàn)代化纏繞生產(chǎn)線中，采用機(jī)器人多機(jī)聯(lián)動(dòng)已日益普遍，圖98為中材科技成都公司的自動(dòng)化纏繞氣瓶生產(chǎn)線。
拉擠纏繞在國(guó)內(nèi)外日趨普及 ，在我國(guó)始于2003年，其原理及設(shè)備如圖99、圖100所示。
我國(guó)在線編織拉擠始于2005年，其原理及設(shè)備見(jiàn)圖101、圖102所示。
