碳纤维是指碳元素质量占比超 90% 的纤维材料，由黏胶（RAYON）纤维、聚丙烯腈（PAN）纤维、酚醛纤维、沥青纤维等有机母体纤维，经预氧化、碳化（或进一步石墨化）及后处理工艺制备而成。其中，PAN 基碳纤维原丝于 20 世纪 60 年代实现工业化生产，分为大丝束（LT）与小丝束（CT）两类，凭借高强度、高刚度、轻质、耐高温、耐腐蚀及优异电性能等特点，在碳纤维领域具备显著竞争优势。
作为增强体材料，碳纤维可与树脂、金属、陶瓷等基体复合，形成综合性能更优的复合材料，常见类型包括碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）、碳基复合材料（C/C）、金属基复合材料（CFRM）及陶瓷基复合材料（CFRC）等。碳纤维在复合材料中承担主要载荷，能有效弥补基体材料在强度、刚度等方面的不足，而复合材料的综合性能则取决于增强体类型、基体材料及制备工艺。其中，CFRP 被誉为先进复合材料，随着制备技术与工艺的日趋成熟，其性能持续提升、成本逐步降低，应用范围不断拓展。
不同成型工艺对 CFRP 性能影响显著，唯有选择适配的成型工艺实现增强材料与基体材料的复合成型，才能充分发挥单体材料的优异特性，通过协效作用释放复合材料的综合性能，达成单体材料难以实现的功能。传统复合材料成型工艺主要包括手糊成型、冲压成型、树脂传递模塑成型、拉挤成型、热压罐成型、3D 打印成型及纤维缠绕成型等，这些工艺经长期发展已形成完善的过程控制体系、质量评判标准，同样适用于 CFRP 的制备。
一、CFRP 缠绕成型工艺概况
CFRP 缠绕成型工艺是将成股碳纤维经树脂槽浸渍胶液后，通过纤维缠绕机，在设定张力作用下按设计角度规律缠绕于转动芯模，经固化融合为整体后脱模，最终形成复合材料制品的工艺方法。相较于其他成型工艺，该工艺制备的 CFRP 制品中，碳纤维排列的整齐度与精确度更高，能充分发挥碳纤维的强度优势，在比强度、比刚度方面表现突出；同时，该工艺易于实现机械化生产，产品质量稳定、生产效率高，适用于大批量制造。
二、CFRP 缠绕成型工艺影响因素
CFRP 缠绕成型过程中，需确保碳纤维被树脂溶液充分均匀浸润，并彻底排出丝束中的气泡，才能保障制品在纤维体积分数、孔隙率及力学性能等方面达到优异水平，满足各领域应用需求。因此，低胶液黏度的树脂基体更适配该成型工艺。
此外，CFRP 制品的综合性能还受多重工艺参数影响，具体可分为三类：
1.材料参数：包括碳纤维类型、树脂性能、铺层（堆叠）顺序等；
2.制造参数：涵盖碳纤维预处理工艺、浸胶含量、树脂温度、纤维束数、缠绕张力、缠绕回路数、缠绕速度及固化温度、固化时间等；
3.几何参数：涉及碳纤维缠绕轮廓路径、缠绕方式、缠绕角度及芯模尺寸等。
其中，缠绕张力是核心关键技术，其大小、各纤维束间的张力均匀性及各纤维层间的张力一致性，对制品质量具有决定性影响；缠绕速度需控制在合理范围，速度过低会降低生产效率，过高则可能影响制品质量。
三、发展趋势
缠绕成型工艺作为碳纤维与树脂基体直接制备 CFRP 结构的制造方法，其工艺参数直接决定复合材料制品的最终性能。因此，深入掌握工艺参数对制品质量的影响规律，是生产满足甚至超越性能指标的可靠 CFRP 制品的关键。
该工艺具有成型连续、生产效率高、适配大批量生产的特点，尤其适用于制造轴对称回转体制品。随着科技进步，碳纤维及其增强复合材料的缠绕成型工艺与应用将持续升级：工艺过程将向精细化、数字化、智能化方向迈进，产品制造范围将逐步拓展至部分非轴对称复杂零部件，应用场景将覆盖航空航天、军工、海洋工程、生物医学及体育休闲等多个领域，持续推动碳纤维及其复合材料产业的发展与进步。
