纤维缠绕通过将连续增强纤维沿受控轨迹铺放在旋转芯模上，制造中空复合材料结构。这些术语关联三项决策：铺放什么材料、铺放在哪里，以及如何检验成品层合结构。管道、储罐、杆件和压力容器采用许多相同术语，但制造约束各不相同。

1. 从纤维卷装到芯模

芯模（Mandrel）——支撑铺放并确定内部几何形状的成型工具，可采用抽出式、可收缩式或牺牲式结构。

内衬（Liner）——可以保留在产品内部的阻隔层。内衬并不必然属于承载结构层。

纱架、张力器和导纱嘴——纱架承载纤维卷装，张力器调节牵引力，导纱嘴将纤维带引向表面。[1]

湿法缠绕在生产过程中将液态树脂施加到干增强材料上。预浸丝束（Towpreg）在供货时已含有树脂。热塑性缠绕需要适当的加热与固结方案，而不是热固性树脂的固化反应。工艺选择会改变操作、储存和热加工要求。[2, 3]

2. 增强材料与树脂术语

单丝、原丝束、无捻粗纱和丝束——单丝是单根纤维。较大的纤维集合称为原丝束、无捻粗纱或丝束，具体取决于增强材料类型和供应商用语。

特克斯与K数——特克斯表示每1,000 m纤维的质量，单位为克。碳纤维丝束的12K等标记表示约12,000根单丝，并不规定丝束宽度。

带宽——已铺放增强材料的宽度，沿垂直于铺放方向测量。多个丝束可组成一条纤维带。[1]

基体——包围增强材料的连续树脂相。其加工窗口及固化后性能影响制造过程与服役表现。

浸渍与润湿——浸渍使树脂进入增强材料内部，润湿反映树脂对纤维的润湿效果。表面有光泽并不能单独证明内部已充分浸渍。

适用期与凝胶时间——适用期是在规定条件下混合树脂可用于操作的时间。凝胶时间表示凝胶网络开始形成的时间。两者均不意味着层合结构已达到最终性能。

固化周期与后固化——规定的热处理程序使热固性基体形成所需结构。为达到性能要求，还可能需要后固化。应遵循树脂供应商验证过的程序。

3. 缠绕角：务必说明参考方向

本文以轴向为0°、环向为90°。+α和−α表示已声明坐标系中的相反斜向，并不单独指令主轴顺时针或逆时针旋转。图纸、仿真和数控程序必须采用兼容的参考方向。[1]

4. 环向、螺旋与极向缠绕

环向缠绕使纤维接近圆周方向，适于承受环向载荷。小量轴向进给使相邻绕圈沿圆柱分布。螺旋缠绕将旋转与纵向运动结合，形成倾斜路径；相反方向的行程可产生交叉纤维方向。极向缠绕使增强材料越过端部并绕过极孔，其可实现性取决于零件几何及设备布置。[2]

封头与极孔接头——封头是容器端部的曲面区域。极孔接头（Boss）是与开口及周围缠绕结构相连接的端部配件。

测地线轨迹——在曲面自身几何中局部为直的路径。对于一般曲面，它在侧视图中不一定呈直线。

非测地线轨迹——偏离测地线的路径，可能需要依靠摩擦或其他工艺机制提供侧向约束。绘制出路径并不能证明纤维实际能够保持在该位置。

5. 运动、螺距与速度

对于直径D恒定、无滑移且处于稳定铺放状态的理想圆柱，表面几何关系为：

tan(α) = πDn / vₐ 且 p = vₐ / n

其中n为主轴转速，单位为转/分钟；vₐ为轴向铺放速度，单位为mm/min；D以mm计；p为每转的轴向进给量，单位为mm/转。因此tan(α) = πD/p。这些关系描述圆柱段铺放路径，不描述封头运动或换向区。

计算示例：D = 200 mm、n = 10转/分钟且α = 60°时，vₐ ≈ 3,628 mm/min，p ≈ 362.8 mm/转。若直径增加而速度比不变，缠绕角会改变，因此控制器可能需要随层合结构增厚而调整运动。

6. 单程、往返回路与花纹闭合

一转是主轴旋转一周。单程通常指一个方向的横移行程。一个回路（Circuit）通常包括去程和回程。“循环（Cycle）”的用法不统一：设备供应商可能用它表示一个回路、一次重复或其他程序操作。记录数量时应同时明确其定义，不能默认一次循环等于一转。

当铺放路径序列重新达到其重复关系时，花纹即闭合。闭合与完全覆盖是不同的检验：重复花纹仍可能存在间隙。分度是相邻铺放路径之间受控的环向偏移。换向区是行程方向反转的端部区域，其局部角度、速度和堆积厚度可能不同于中间圆柱段。

覆盖——已铺放纤维带对目标表面的覆盖程度。应检查有效长度及端部区域。

单层或层——用于结构分析或制造的增强材料分组。应明确一层是指一个方向、一对±α方向，还是一个完整覆盖序列。

层合结构与铺层顺序——整个分层结构及各方向的排列次序。例如[ +55 / −55 / 90 ]列出三个方向，但仍需定义层厚和重复次数。

平衡与对称——平衡层合结构具有相匹配的+α与−α贡献。对称层合结构关于中面镜像布置。一种性质并不意味着另一种性质。

7. 有效长度与切边余量

有效长度是保留在成品中的部分。切边余量是制造后去除的额外材料。两者都应与小车总行程区分，后者还可能包括引入、换向和避让运动。

8. 生产现场的重要质量术语

纤维体积分数Vᶠ——纤维体积除以复合材料总体积。它不同于纤维质量分数；二者换算需要组分密度，并一致地考虑孔隙。

孔隙率——内部空隙体积所占比例。必须采用适当测量方法，不能仅凭表面目视检查确定。

富树脂区与干斑——富树脂区的增强材料相对较少。干斑则存在树脂浸渍不足。是否允许取决于产品要求。

纤维波曲与滑移——波曲是偏离预定纤维取向的现象。滑移是增强材料离开预定铺放位置的移动。

分层——层合结构各层之间的分离。它不同于表面划伤或相邻纤维带之间的间隙。

张力与压实——张力是施加于增强材料的拉力。压实表示铺放材料的固结过程。张力会影响固结，但这种关系还取决于曲率、角度和材料行为。[2]

9. 编写无歧义的缠绕规范

可用的工艺配方应说明零件几何、材料体系、角度基准、实际带宽、张力计量基准、速度限制、铺放顺序、计数定义、端部处理、固化程序和检验准则。X、Y、Z、A等轴名称取决于设备，应定义其实际功能，不能将某个字母视为纤维缠绕的通用约定。

示例表述：“圆柱段相对于芯模轴线以±60°缠绕。一个回路包括一次去程和一次回程。完成规定回路数，检查有效长度内的覆盖情况，记录实际带宽、每束张力和实际直径。采用批准的换向与固化配方。”应补充具体零件的数值和验收限值。

参考资料与延伸阅读

[1] Cadfil. Filament Winding Glossary. https://www.cadfil.com/help/html/glossary.htm

[2] University of Plymouth, MATS347. Filament winding and pultrusion. https://ecm-academics.plymouth.ac.uk/jsummerscales/MATS347/MATS347C9%20FWpult.htm

[3] Polar Technology. Filament Winding. https://www.polartechnology.co.uk/capabilities/filament-winding/

所有图均为原创说明示意图。数值算例仅用于说明。