先進復合材料（Advanced CompositeMaterials，ACM）是指高性能樹脂基復合材料，即用碳纖維等高性能纖維增強的樹脂基復合材料，其綜合性能與鋁合金相當，但比剛度、比強度要高于鋁合金。隨著先進復合材料的持續(xù)快速發(fā)展，其應用價值日益顯著，在提高航天產(chǎn)品技術性能方面，復合材料的應用優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在作為輕質(zhì)化的結(jié)構(gòu)材料，更體現(xiàn)在作為滿足各種應用需求的先進功能材料，以及代表復合材料技術高層次發(fā)展的結(jié)構(gòu)/功能一體化和多項功能一體化的高新技術材料。復合材料的廣泛應用，在很大程度上取決于復合材料成型工藝。各種低成本制造技術應運而生，纖維縫合技術、樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型技術（RTM）、樹脂膜滲透成型技術（RFI）、低成本模具技術、低溫低壓固化技術、電子束固化技術、纏繞技術、鋪放技術等得到迅速發(fā)展和應用。其中，纏繞、鋪放技術是近年來發(fā)展最快、最有效的復合材料成型制造技術。纏繞技術是指在控制張力和預定線型的條件下，將預浸膠纖維或布帶連續(xù)地纏繞在相應于制品內(nèi)腔尺寸的芯模或內(nèi)襯上，然后在室溫或加熱條件下使之固化成一定形狀制品的方法。

 
圖1 自動鋪帶頭

    鋪放技術是指通過使用鋪放設備按照一定規(guī)律把預浸膠纖維或布帶鋪放到模具表面，并用壓緊輥壓實。帶纏繞、帶鋪放則專指以預浸膠布帶為材料的復合材料纏繞、鋪放成型技術。目前，全世界已有多種類型的纏繞、鋪放設備投入項目研制和實際生產(chǎn)（見圖1和圖2）。纏繞、鋪放技術在降低制造成本和提高復合材料性能方面顯示出極大的優(yōu)越性和潛力。

 
圖2 自動纖維鋪放機

    帶纏繞、帶鋪放成型及其優(yōu)勢

    1 帶纏繞成型

    帶纏繞成型技術是20世紀30年代發(fā)展起來的、最早的復合材料自動化成型技術。隨著材料工藝技術、裝備技術和設計理論與方法的進步，帶纏繞成型技術快速發(fā)展。第一臺纏繞機于1947年在美國Kellog公司問世，隨后纏繞生產(chǎn)出第一臺火箭發(fā)動機殼體，直徑5英寸（12.7cm），長5英尺（152.4cm）。20世紀50年代美國宇航局和空軍材料研究室用纏繞工藝成功研制出“北極星A3”導彈發(fā)動機殼體，在質(zhì)量減輕1/2、射程提高1倍多的情況下，成本僅為鈦合金的1/10，從而奠定了纏繞成型工藝在尖端軍用產(chǎn)品制造中的重要地位。

    2 帶纏繞成型的優(yōu)點

    帶纏繞成型技術通過力學設計，充分發(fā)揮布帶拉伸強度高的特性，實現(xiàn)承受內(nèi)/外壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向載荷等情況下產(chǎn)品的制造。與其他成型工藝相比，帶纏繞成型制品具有以下特點：

    （1）比強度高。

    帶纏繞成型的復合材料制品，其比強度比鋼高3倍，比鈦高4倍。這是由于纏繞所采用布帶的纖維束具有很高的拉伸強度，甚至高于合金鋼。同時纖維束的直徑很細，其表面微裂紋的尺寸和數(shù)量較小，從而減少了應力集中，使得布帶具有較高的強度。

    （2）實現(xiàn)等強度結(jié)構(gòu)。

    帶纏繞成型可使制品結(jié)構(gòu)在不同方向的強度比最佳。也就是說，在纏繞結(jié)構(gòu)的任何方向上，均可使設計制品的材料強度與該制品實際承受的強度基本一致，使制品實現(xiàn)等強度結(jié)構(gòu)。

    （3）成本低。

    帶纏繞成型是各種復合材料成型方法中機械化、自動化程度較高的一種，大大提高了生產(chǎn)效率。而該工藝采用的原料（預浸膠布帶），可批量生產(chǎn)，且浸膠方便，加工費用較低。因此相對降低了復合材料制品的成本。

    3 帶鋪放成型

    為解決機翼、壁板構(gòu)件等大尺寸、中小曲率部件的復合材料成型，帶鋪放成型技術應運而生。第一臺計算機控制的全自動鋪帶機由General Dynamics公司和Conrac公司合作完成，用于鋪放F16戰(zhàn)斗機的復合材料機翼部件[4]。隨著大型運輸機、轟炸機和商用飛機復合材料用量的增加，帶鋪放成型技術應用越來越廣泛，鋪帶機技術也日益完備，目前帶有雙超聲切割刀和縫隙光學探測器的十軸鋪帶機已經(jīng)成為標準配置，鋪帶寬度最大達到300mm，生產(chǎn)效率達到1000kg/周，是手工鋪疊的數(shù)10倍。

    4 帶鋪放成型的優(yōu)點

    與其他成型工藝相比，帶鋪放成型技術具有很大的優(yōu)勢。

    （1）采用預浸膠布帶和低張力，不存在穩(wěn)定性的約束，帶鋪放成型技術可根據(jù)設計要求選擇鋪層方向；

    （2）按照制件的模具形狀鋪放布帶，減少了原材料廢邊料，節(jié)省了原材料成本；

    （3）采用壓輥裝置，既可以實現(xiàn)任意曲面的成型，又可以保證成型壓力自動可控，提高了制品質(zhì)量；

    （4）鋪放設備具有多自由度，不僅可以制造復雜型面的復合材料構(gòu)件，而且能對鋪層進行剪裁以適應局部加厚/混雜、鋪層遞減以及開口鋪層等多方面的需要，滿足各種設計要求，從而最大可能地節(jié)約了原材料，而且具有精度高、速度快、質(zhì)量穩(wěn)定、性能好等優(yōu)點；

    （5）帶鋪放技術多采用功能強大的控制系統(tǒng)，自動化程度高，可實現(xiàn)復合材料構(gòu)件的快速制造，迅速形成批量生產(chǎn)。