1纤维缠绕设备概述

纤维缠绕设备主要分为机械式缠绕、数控（CNC）式缠绕、微机控制式缠绕和机器人缠绕四大类。机械式缠绕设备主要发展于20世纪50至70年代，其核心依赖齿轮、凸轮等纯机械装置实现芯模旋转与导丝头的往复运动，结构相对简单，但灵活性差，仅能缠绕特定形状（如轴对称回转体）的制品，且更换产品时需耗费大量时间调整机械部件，生产效率较低。进入数控（CNC）式缠绕设备阶段（约80年代起），计算机数字控制技术的引入带来了革命性变化。通过预先编程控制多轴（芯模旋转轴、导丝头平移轴、导丝头偏转轴等）的联动，显著提升了缠绕轨迹的精度与复杂性，能够实现非测地线缠绕、平面缠绕等复杂模式，满足如压力容器、异型管道等更高性能要求制品的生产需求，尤其在航空航天高压气瓶领域得到关键应用。微机控制式缠绕设备在90年代后期至21世纪初成为主流，它基于更强大的微型计算机系统，采用多CPU协同处理，结合高精度伺服驱动技术，不仅进一步提高了控制精度和响应速度，还大大增强了设备的功能性（如实时监测、数据采集、故障诊断）和用户界面的友好性（图形化编程、仿真模拟）。此阶段设备在稳定性、生产效率和适应复杂产品设计方面取得了长足进步。当前及未来发展的重要方向是机器人缠绕设备。这类设备利用工业机器人（通常是六轴或七轴）的极高灵活性与大工作空间，结合末端执行器（缠绕头）和视觉/力传感技术，彻底摆脱了传统缠绕机对固定机械结构的依赖。机器人缠绕特别擅长处理大型、异型、非回转体或具有复杂空间曲面的构件（如汽车轻量化部件、飞机进气道、风电叶片主梁或根部增强层），能实现传统设备难以企及的复杂空间轨迹缠绕，代表了纤维缠绕技术向高度柔性化、智能化、集成化发展的前沿趋势，在风电、新能源汽车、高端装备制造等新兴领域展现出巨大潜力。这四个阶段的演进深刻体现了纤维缠绕设备从机械化、自动化向数字化、网络化、智能化持续深化的技术变革路径。

1.1国外纤维缠绕设备发展史

从国际发展态势来看，纤维缠绕FW设备发展迅猛。代表性企业包括美国安德逊公司、哥德华赛工程公司（Goldsworthy Engineering）、工程技术公司（Entec-Engineering Technology）、德国百事得(BSD)公司等。

图1 美国安德逊公司微机控制6轴纤维缠绕机动作

2004年，法国MFTech公司率先开展机器人缠绕技术研究并实现商业化应用。该公司提供的机器人缠绕设备充分发挥了机器人的柔性优势，可通过抓取模具或带动导丝头两种方式完成缠绕成型。

图2  MFTech机器人缠绕

美国Fiberspar公司于1999年开始商业化生产连续缠绕柔性管，据称是当今全球业界的领导者。其生产工艺是：挤出高密度聚乙烯或交联聚乙烯热塑性塑料内衬层（压力防渗漏层）-多次环向缠绕玻纤环氧层(结构层)-外包覆热塑性塑料层（耐磨层）。整个生产线全部自动控制，由14台缠绕机、牵引机、固化炉、收卷装置以及两台挤出机等组成。在塑料管上纤维缠绕玻璃钢后在线挤出外塑料保护层，制成管线。生产速度取决于管径，一般为2.7 m/min~3.6 m/min。一根管线连续生产长度可达10800 m，理论上可以达无限长度。

图3 美国Fiberspar连续管道生产线

1.2国内纤维缠绕设备发展史

国内纤维缠绕设备演进史始于1965年，北京251厂率先研制我国首台卧式缠绕机“525”，该机持续服役至2011年。1966年，行业创新推出齿链式机械无级调节环链卧式缠绕机，突破挂轮局限，实现缠绕规律与排纱密度的便捷调控，采用链传动垂直面布局（适用于15升及以下气瓶）和水平面四链轮布局（适用于20升及以上气瓶）。同年，国家纺织工业部组织七机部43所、中国纺织科学研究院等五家机构联合开发大型立式缠绕机，该设备至今仍在应用；1984年，北京电力设备总厂引入加拿大立式设备以丰富技术体系。1974年，北京251厂成功开发X2型行星式缠绕机，应用三轴同心行星传动原理。自20世纪90年代起，技术迈向多元化创新，哈尔滨玻璃钢研究院、武汉理工大学、哈尔滨工业大学、中船625所等科研单位与九迪、万格、中科时代等企业协作推进MCFW及机器人缠绕技术研发，台湾省工业研究院于2000年已掌握7轴缠绕技术。2014年，上海万格融合德中技术成果开发机器人缠绕气瓶自动生产线，实现对日出口，其10工位设备获台湾省采购且产出液化气罐通过德国认证。至2020年，重庆庆阳控股集团/河南沁阳复合材料研究院与濮阳县福瑞普建材公司相继突破小口径连续缠绕技术，开发无钢带建模的10毫米至250毫米高效玻璃钢管生产线，凭借牵引履带机公转自转同步机制实现每分钟2米生产速率，技术水平对标韩国同类装备。

图4 国内纤维缠绕设备发展历程图

（来源：陈博，国内外复合材料工艺设备发展述评之二——纤维缠绕成型；中国复合材料工业协会整理）

2中国纤维缠绕设备相关政策与专利分析

2.1政策分析

产业政策驱动技术升级：2021年发布的《“十四五”纺织机械行业发展指导性意见》明确提出，需重点突破碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯等高性能纤维生产成套装备的技术瓶颈。次年4月，《工业和信息化部 国家发展和改革委员会关于化纤工业高质量发展的指导意见》进一步强调提升高性能纤维生产与应用水平，并重点支持其在航空航天、风电及光伏发电等战略领域的规模化应用。《十四五新材料产业发展规划》进一步将缠绕设备明确纳入“高端装备制造重点工程”，并辅以财政补贴、税收优惠、产业园区建设等一揽子扶持政策，为行业发展注入强劲动力。

科技政策强化研发支撑：高性能纤维领域的科技攻关、产业化推进及重点市场拓展，已被纳入国家“973”计划、“863”计划、国家高技术产业化示范工程项目等国家级科技规划体系。此类政策为高性能纤维缠绕设备的研发创新与应用推广提供了系统性支持，有效加速了相关核心技术的突破与产业链的成熟进程。在政策引领下，长三角和珠三角地区依托完善的产业配套、丰富的人才储备及活跃的创新生态，迅速崛起为产业集群高地。集群内企业通过协同创新与资源共享，不断优化产业链条，实现升级迭代，显著提升整体竞争力。

税收优惠降低应用成本：2024年，国家出台的系列支持设备更新和技术改造政策，已累计实现减税1140亿元（据人民日报、国家税务总局天津税务局数据）。根据相关政策，企业购置用于环保、节能、安全生产等特定领域的专用设备，其投资额可按一定比例享受税额抵免优惠。该政策显著降低了企业设备更新升级的财务负担，为高性能纤维缠绕设备的下游应用渗透创造了有利条件。同时，中国庞大的制造业基础为缠绕设备提供了广阔的应用沃土，风电、汽车、建筑等领域需求持续攀升。

2.2专利分析

根据国家知识产权局数据显示，缠绕设备领域相关专利共计10项，90%由企业持有，凸显企业在高性能纤维缠绕设备技术研发中占据绝对优势。从地域分布看，相关企业高密度聚集于江苏（6项，占比60%）、上海、江西等地。其中江苏省表现尤为突出，依托江苏欣荣普尔斯机械（2项）、天蔚蓝电驱动科技、常州神鹰碳塑复合材料、江苏欣荣科技发展及盐城雷击环保科技等企业形成显著产业生态，彰显该区域在研发能力与产业链建设方面的领先地位。技术领域分析表明，专利主体覆盖机械制造、复合材料、电驱动及环保科技等多行业，凸显跨领域技术融合特征。特别值得注意的是，复合材料缠绕技术构成创新主阵地——典型如上海天海复合气瓶与常州神鹰碳塑的专利，分别聚焦复合材料气瓶及碳纤维缠绕成型技术，此类技术主要应用于航空航天部件、高压气瓶、风电叶片等对高强度轻量化有严苛需求的应用场景。

3纤维缠绕设备市场现状

3.1市场现状

根据Markets and Markets最新研究报告，全球缠绕设备市场规模预计将于2025年达到42.7亿美元，较2020年的26.5亿美元实现10%的年均复合增长率（CAGR）。市场增量主要源于氢能储运（贡献率40%）和航空航天（贡献率30%）两大领域。

在国产化进程方面，我国缠绕设备国产化率已从2018年的15%显著提升至2023年的35%，并规划于2025年突破50%的关键节点。据人人文库《2025-2030中国数控纤维四维缠绕机行业供需态势与盈利前景预测报告》数据显示，2025年国内市场规模预计达到150亿元人民币，至2030年将进一步增长至280亿元人民币，对应期间年复合增长率约为12.5%。（全球数据来源：Markets and Markets；国产化率及市场规模预测来源：人人文库）

3.2 企业分析

3.2.1 Roth Composite Machinery

图5 Roth Composite Machinery的纤维缠绕设备

通过提供适用于各类浸渍方法、纤维及基体材料的解决方案，我们的设备实现了卓越的机器适用性灵活性。针对产品开发和小批量生产需求，也提供紧凑设计、确保工艺参数可无缝转移至大规模生产设施，并实现最高精度与绕线质量。此外，机器人缠绕成型机作为先进解决方案，尤其适用于开发项目和小规模生产；其铺放头的运动由六轴机器人精确控制，并具备交付与安装周期短的优势。复合机械系统集成了高性能提取器与创新的物料搬运系统，以交钥匙工程方式提供完整解决方案。作为拥有逾60年经验的全球技术领导者，Roth Composite Machinery服务于众多高端市场，包括复合包覆压力容器、航空航天与国防、能源与电气绝缘、水处理、汽车制造、机械设备与零部件供应以及研发机构。

图6 纤维缠绕数据软件 

纤维缠绕数据软件可优化绕线过程，结合制造与仿真，由行业专家创建并着重于易用性。其主要优势包括：专为Roth卷绕机量身定制，配备高度用户友好的图形界面和易于导航的菜单以确保流畅的工作流程；支持无限层数，在工艺设计中实现最大效率；依托高级计算算法，实现纤维输送的完美精度，并能轻松将“数字孪生”传输至机器；同时提供最高级别的服务与支持，持续提供更新和升级。

3.2.2哈尔滨复合材料设备开发有限公司

哈尔滨复合材料设备开发有限公司，国内首家专门生产复合材料设备的公司，1991年9月，由哈尔滨玻璃钢研究院设备研究室和自动化控制研究室合并，在哈尔滨高新技术开发区注册成立。公司自成立以来，充分利用哈尔滨玻璃钢研究院和国家树脂基复合材料工程技术中心的技术优势，专注于复合材料设备产品及技术的研发，现已发展为国内该领域集科、工、贸于一体的龙头企业。公司的设备及技术服务范围已遍及全国27个省、市、自治区，并出口到韩国、马来西亚、越南、科威特等国家。

核心技术/产品：CFW系列连续缠绕玻璃钢管道全自动生产线、CCFW系列高压储氢缠绕瓶生产线、六轴联动机器人缠绕机，支持大型储罐/管道缠绕机定制（含6轴CNC系统），覆盖能源化工及高压储氢领域。其中研制的4FW4000x10000型计算机控制缠绕机和WG300型肘形管专用缠绕机的研制水平为国内领先5FW5000x6000型计算机控制五维重载高精度缠绕机达到国际先进水平。 优势：依托国家级科研项目背景，军工级精度（误差≤±0.1mm），技术自主可控，在国内市场占据领先地位。 劣势：设备售价高（约1000万元人民币以上），交货周期长（标准为3-6个月），定制化需求导致成本增加。  

图7 哈尔滨复合材料设备开发有限公司部分缠绕设备

3.2.3连云港唯德复合材料设备有限公司

连云港唯德复合材料设备有限公司成立于2001年，致力于复合材料缠绕设备的研究与制造，是国内唯一一家既能为航天、军工、核工业提供高精度缠绕机，又能为民用提供通用型纤维缠绕机及整套生产线的企业。公司于2014年6月投入运行连续纤维缠绕生产线，产品广泛应用于玻璃钢管道、化工储罐及车载高压气瓶等领域。依托与武汉理工大学的紧密合作及自身完备的设计、制造、安装人才体系，公司已通过ISO9001-2000认证，并在中国湿法夹砂系统拥有三项专利。十几年来，已为国内外客户提供了近300套玻璃钢管道、储罐及高压容器等生产线，以先进设计、精湛技术和优质服务赢得一致好评。

1）CFW 系列连续缠绕玻璃钢管道全自动生产线

图8 CFW系列连续缠绕玻璃钢管道生产线

CFW 系列连续缠绕玻璃钢管道生产线系唯德公司核心产品之一，其生产工艺设计精密。该生产线能够依据预设位置与定量，将连续纤维、短切纤维、石英砂、树脂及助剂等材料，沿由连续循环钢带构成的缠绕模具轴向精确排布。在先进的计算机系统控制下，实现精确计量、下料与铺层，继而通过远红外加热快速固化成型为管道；再经切割、端部修整与严格质量检验流程，确保每一根管道均符合高品质标准。此独特工艺使得钢带每旋转一周，管壁即形成一层；经数十层叠加，管壁得以逐层增强并最终成型，其构建精度可与增材制造技术媲美。大量短切纤维将内衬层、缠绕纱层及砂层紧密联结为一体，在树脂充分浸润作用下，形成均质管壁结构，性能表现优异。

在技术参数方面，该生产线优势显著。其管道直径覆盖范围广泛，涵盖300mm 至 1600mm、300mm 至 3000mm、400mm 至 4000mm 等多种规格，可充分满足不同工程场景需求；管道工作压力范围为 1bar 至 32bar，不同直径管道适配相应最大压力，有力保障使用安全稳定；管道刚度区间为 1250Pa 至 12500Pa，为管道在各类复杂工况下的可靠运行提供坚实基础。该生产线亦适用于顶管制作，场地要求为厂房尺寸 24m × 100m 至 150m，行车有效起吊高度 6.5m 至 8.5m，供电装机总功率 300kW 至 400kW，具备良好的适应性。相较于传统工艺生产的管道，CFW 系列生产线在生产效率方面实现显著提升，产品性能离散性小，质量稳定可靠，生产过程绿色环保，机械性能优越，故广泛应用于市政给排水、水利工程、化工输送等诸多领域，成为管道制造的优选方案。

2）CCFW 系列高压储氢缠绕瓶生产线

图9 CCFW系列高压储氢缠绕瓶生产线

在氢能源蓬勃兴起的浪潮之中，CCFW 系列高压储氢缠绕瓶生产线应运而生。过去十年间，唯德公司与国内多家前沿氢能源企业携手并肩，深度协作研发。该生产线为纤维缠绕工艺呈献一站式完备设备与精准方案，涵盖四维高精度缠绕机、装卸机械手、固化炉、树脂供应系统、气瓶线试压装置等核心部件。

其中，四维高精度缠绕机于年产 2 万只气瓶的高强度生产环境中历经锤炼，凭借稳定运行、高精度缠绕等卓越特性赢得客户信赖。公司持续发力，不断优化提升其精度，精研细节，为打造高效能、高稳定性的生产线拼搏奋进。如今，自动装 / 卸瓶、自动运输流水线、自动剪接纱等自动化功能一应俱全，为四型氢气瓶的无人化生产夯实根基，成熟的自动化生产方案可依据客户需求灵活定制。

从性能呈现来看，CCFW 系列生产线运行稳定性极佳，自动化程度高，极大地提升了生产效率。经国内生产高压储氢气瓶的厂家长期、高负荷、高频次使用验证，各项性能指标全然达到欧洲同类产品先进水准，已然具备替代欧洲进口同类生产线的实力，为我国氢能源产业的自主可控发展提供了坚实依托。

3.2.4威海捷诺曼自动化股份有限公司

威海捷诺曼自动化股份有限公司是一家国家高新技术企业，成立于2012年，注册资金2100万元，占地20余亩，建筑面积14000多平米，建有研发办公楼、数字化生产车间、重点实验室等设施，主要从事碳纤维缠绕机、固化线、氢气瓶自动化产线、碳纤维铺丝设备、环保VOC治理设备的研发与生产，并下设威海市蓝拓工业自动化研究院（山东省新型研发机构）和上海捷诺曼自动化装备有限公司两家子公司。在纤维缠绕设备领域，公司提供高精度、多轴联动和智能化控制的解决方案，应用于复合材料制品如高压气瓶、管道、储罐的生产，其技术亮点包括可实现碳纤维、玻璃纤维等的精密缠绕，支持干法/湿法缠绕和多角度铺层设计，自动化集成度高，包含浸胶系统和固化工艺配套，广泛应用于氢能源（储氢气瓶）、航空航天和汽车轻量化等行业。

图10 威海捷诺曼自动化股份有限公司制造的纤维缠绕设备

总的来看，国内缠绕设备普遍面临自由度低柔性不足、专机专用适应性弱等问题，难以满足纤维缠绕多样化复合材料制品对高动态响应、高柔性、高性价比等的制造需求。工业机器人凭借其出色的动态响应、优异的通用性、丰富的自由度、高度柔性以及强大的可扩展性等优势，应用于复合材料制品成型装备领域，可实现一机多用、便于换产，显著提升缠绕装备的柔性与适应性，有效降低生产成本。（杨海：复合材料纤维缠绕机器人关键技术研究）

4应用领域

4.1能源化工及交通领域

缠绕制品在民用领域的主要应用包括：复合材料压力管道、储罐、压力容器、呼吸气瓶及天然气气瓶、风机叶片、塔杆、电线杆、绝缘子、体育休闲用品、工业用传动轴、各种辊筒等。

图11  采用缠绕技术的储气瓶

（来源：凤凰网、天风证券）

汽车作为现代产业在科技的带动下快速发展，随着汽车复合材料应用水平的不断提高，复合材料单车用量将逐渐增加，2015年我国汽车工业所需塑料、复合材料总量约为 165 万吨。随着成型技术和装备的不断发展，复合材料汽车零部件在汽车领域的应用将日益扩大。为了提高汽车轻质高强的性能，复合材料逐渐取代传统汽车制造应用材料，缠绕技术在汽车制造上的主要应用为传动轴、排气管、涡轮增压管、车载气瓶、电池壳体、电机部件等。

图12 我国新能源汽车月度销量

（数据来源：中国汽车工业协会）

2025年1月至4月，中国新能源汽车产销量分别累计达442.9万辆和430万辆，较去年同期分别大幅增长48.3%和46.2%。这一强劲增长态势主要得益于国家政策对新能源汽车产业的有力支持以及市场需求的持续释放。根据SAE《节能与新能源汽车技术路线图2.0》规划，氢燃料电池汽车保有量将呈现跨越式增长——2020/2025/2030年目标分别为8000-10000辆/5万-10万辆/80万-100万辆，十年间规划保有量增幅高达百倍。新能源汽车的蓬勃发展不仅全面激活了产业链活力，更直接带动车载气瓶、传动轴等核心零部件的需求扩张。其中，作为新能源汽车安全系统关键组件的车载气瓶需求激增。同时，电动车驱动技术的普及推动传动轴需求持续走强。关键零部件需求的增长进一步驱动缠绕设备市场显著扩张，该设备作为高精度部件的核心生产工具，其市场需求呈现强劲攀升趋势。

表1国内外主要IV气瓶研发单位

（素材来源于官方公布信息、公开信息，中国复合材料工业协会整理）

海洋船舶领域对复合材料需求最为广泛的是复合材料管道。凭借其耐腐蚀、耐油、耐高温等优异特性，缠绕成型的复合材料管道被广泛应用于海上油气运输、海洋平台及船舶领域。此外，疏浚管道、海底输油软管、潜艇耐压壳体、深海探测器、潜水呼吸气瓶、船桅杆等也是复合材料的重要应用方向。

图13 海上管道及管缆

油气工程领域的应用涵盖陆地及海上场景，主要包括油气运输管道和疏浚管道。复合材料管道因其具备超强的耐腐蚀性，正逐步取代传统钢制管道，并在工程实践中获得广泛应用。

图14 陆地油气管道、海洋油气管道