驾驭纤维增强：编织工艺的艺术与科学

复合材料行业中，有几个制造工艺乍看简单易行。纤维增强编织可以说是其中之一。确实有不少制造商从事编织。获取并使用编织机制作碳纤维或玻璃纤维预制件、套管和/或织物，无需巨额资金或时间投入。

然而，极少公司将编织作为全部关注、专长、投资和战略的焦点。更少有公司能建立像 A&P Technology Inc.（美国俄亥俄州辛辛那提）那样的声誉——在技术与艺术卓越性、以及对当今几乎所有增强纤维的广泛经验上享誉业界。

名字的由来

A&P 源自 Atkins & Pearce Manufacturing Co.，1817 年创立生产棉花加工机械。Atkins & Pearce 后涉足多终端市场的棉花编织。这贯穿 19 世纪中叶至 20 世纪。1986 年，现代复合材料工业初现雏形，Atkins & Pearce 看到将编织技艺应用于复合材料制造的机遇，创立 A&P Technology 作为研发部门评估技术纤维编织。A&P Technology 业务在随后十年增长，1995 年成为 Atkins & Pearce 全资子公司。1997 年进一步将 A&P Technology 分拆为独立公司。现由总裁 Andrew Head 全资持有。

A&P Technology 分布在辛辛那提都会区东侧校园的五栋楼宇。访客在校园主入口附近的 1,255 平方米技术中心受到欢迎。首席运营官 Pam Schneider 和应用工程副总裁 Mike Braley 在那里接待参观。Schneider 根植 A&P 超 30 年，溯及公司创立。Braley 20 多年前从 GE Aviation（俄亥俄州埃文代尔）——A&P 长期客户——加入。

坐在技术中心顶层，周围陈列 A&P 编织合同衍生的零件样品、Atkins & Pearce 早期老照片，Schneider 解释：A&P 成功主要源于定制工程材料方案以满足多样力学物理需求的能力。这得益于 A&P 编织设备自主研发制造，意味着公司从概念、开发到制造与技术紧密绑定。

Braley 称纤维增强编织提供复合材料行业独有的材料能力组合。“基本上，”他说，“我们可改变纤维架构以满足任意特定尺寸和特定力学要求。”

编织入门

理解此言需懂编织本质。最基本层面，编织是两种或三种取向的连续机械互锁纤维系统。纱线绕圆柱筒筒管，筒管安装在载具上。多个载具连接在带蛇形轨道的编织盘上，引导载具运动。纱线从各载具引出至编织盘上方的成型平面。编织机可横向或纵向布置，其尺寸（载具数）决定成品编织件直径。

成品编织几何形态取决于芯模形状尺寸及编织机配置，用于制造套管、二维预制件和平板织物。无论哪种，优质编织提供连续、一致、均匀分布的纤维结构，赋予成品复合件优异抗冲击和抗裂纹扩展性能。

Braley 提到的织物架构定制，得益于可调编织变量：纤维类型数（碳、玻璃、芳纶、天然、热塑或混杂）、架构（双轴、三轴、三轴/双轴或单向）、载具数、纱线角度（固定或可变）、纱线张力、编织速度、芯模形状。

A&P Technology 运营载具数 3 至 800 不等、中间 40 多个规格的编织机，利用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等生产各类预制件和产品。800 载具编织机直径超 13 米，堪称世界最大。A&P 机型不断进化，常新增规格满足特定客户需求。2016 年 A&P 产出编织产品超 453.6 吨，预计未来几年年增长 15-20%。Schneider 称最大终端市场为航空航天，也服务汽车、休闲和基建应用。

Braley 称 A&P 很大程度得益于编织精湛，并在此过程中帮客户解决难题。常见客户带来某种失效的金属件，其他方案均失效。“我们极长时间专注于此，”他说，“拥有设备、历史、知识和专长开发定制方案。事实上，”他主张，“一些客户被我们的定制能力吓倒。”

原型实验室

离开技术中心展示区，首站是楼下原型实验室，这里才是“真技术”。A&P 不销售复合材料成品，而是为客户创建空间加速其原型流程。这里 A&P 为客户做原型，也制造铺层工具、进行水压爆破测试。还包括大型铺层台、小型商用编织机、无损检测设备、预浸料冷冻库和威斯康星烤箱（威斯康星州东特洛伊）。

随处可见各制造评估阶段的零件：下一代喷气发动机风扇机匣、直升机项目复合齿轮、发动机短舱工具、几个与复合材料无关的专有产品。这些不显突兀，Braley 说：“我们致力于高风险、高回报项目。总寻找机会让技术发挥作用。”

闭门造车：长期合同与核心产品

参观进入保密区域，承诺对具体应用和机器观察保密。A&P 通常不允许参观以保护客户设计专有性和前沿技术。事实上，仅宇航员 Neil Armstrong 获全厂参观。本次访问为罕见例外，旨在让服务行业更了解 A&P 广泛能力。

下一站长期合同大楼，3,250 平方米，北侧校园边缘。这里运行着针对多年项目的 A&P 系统——Braley 称这些项目静态不变。首个展示：令人印象深刻的复杂编织机/芯模阵列，为波音（伊利诺伊州芝加哥）787-8“梦想客机”制造碳纤维机身框架预制件。A&P 为波音每架飞机制造 290 个框架，其中 161 个唯一。单班次，一套编织机/芯模系统产出四个预制件，制成八个框架，由公司迄今最复杂、高度工程化的软件程序控制。

Schneider 和 Braley 指出大型工作单元，编织机制造 GE Aviation GEnx 发动机碳纤维风扇机匣预制件。预制件以圆筒形式脱离编织机，送至编织机上方夹层，展平剖分成双层织物，卷绕在卷轴上发往 GE Aviation 密西西比州贝茨维尔喷气发动机工厂（见“工厂巡礼：GE Aviation”）。Braley 强调一致性至关重要，因风扇机匣设计用于容“扇叶脱离”事件——运行中风扇叶片罕见脱离撞击机匣：“每层必须且确实相同，从冲击角度极其一致。”除 GEnx 外，A&P 还为 GE CF6-80C2、霍尼韦尔 HTF7000 系列、Williams International FJ44-4 发动机提供编织风扇机匣预制件。

接着是 336 载具编织机，制造 LEAP 1B/2B 和 GEnx 发动机碳纤维预制件。随后是复杂系统编织碳纤维和芳纶纤维制造霍尼韦尔发动机导向叶片预制件。该编织机兼容七种设计变体，却全无人监督运行。

Schneider 和 Braley 引领离开长期合同大楼，前往核心产品大楼。两年前新建，是 A&P 最新设施。20 台不同规格编织机（最大 400 载具），多规格多台，大多任意时刻运行。持续的“咔嗒咔嗒”载具旋转声使其成为校园最嘈杂设施。全新设备专注高速编织套管，应用涵盖公路卡车排放隔热、飞机机翼结构、假肢、曲棍球杆、棒球棒。

下一站织物大楼，A&P 生产四款现货编织织物：QISO、Bimax、ZERO、TX-45，服务多种应用。QISO 上市约五年，准各向同性织物，用于复合工装、基建修复、汽车应用。材料组合视应用而定，含航空航天级和工业级碳纤维。多种面密度和宽度供选。

Bimax 为稳定的 ±45° 材料，常用于曲棍球杆、大型无线电信号天线、汽车零件。纤维类型为碳玻混杂，加热塑性轴向纤维稳定铺层架构。Bauer Hockey Corp.（新罕布什尔州埃克塞特）从织造碳纤维转用 Bimax 制造曲棍球杆，材料用量减 7%。

ZERO 是 A&P 唯一非编织织物，原为 F-22 项目设计。该非织造单向织物几乎无波曲，提供多种盎司重。

TX-45 为 A&P 最新织物，±45°、193 g/m²、2×2 斜纹，载带交付便于搬运和保持纤维取向一致。Braley 称 TX-45 为航空航天客户开发，替代 ±45° 平织预浸料。

织物大楼内还制造 Expliseat（法国巴黎）商标 TiSeat（钛座椅）用编织热塑性预制件。重仅 4 公斤，Expliseat 称其为世界最轻飞机座椅。采用窄条热塑性带编织复合预制件，Braley 称带材比纱线更硬，编织难度更大。TiSeat 适配空客 A320，较竞品每架节重约 2,090 公斤。

校园最大建筑是业务拓展大楼，7,430 平方米，作为军工、工业、航天项目制造枢纽——特别是发动机相关。巡视中 Braley 指出：GE 发动机流道间隔件编织系统开发、GE9X 发动机预制件系统认证中（GE9X 将驱动即将推出的波音 777X）、GEnx 本体铺层、Williams 发动机风扇机匣编织机、霍尼韦尔发动机风扇机匣预制件。

这里还有自动化室，评估机器人等技术提升编织生产率。含多轴机器人辅助芯模装载、更先进套编技术开发。还在评估动态调度软件实时编织机反馈、用于在线检测的视觉系统。“我们觉得处于编织能力前沿，”Braley 说，“但总有提升空间，我们必须推动。”

展望未来

回到技术中心，会见被公认为 A&P 技术机械驱动力的 Andy Head。问及 A&P 在复合材料供应链定位，他列举四大优势：强数控、优数字化设计、优内部机械能力、编织工艺固有灵活性。

Head 称这种能力组合让 A&P 处于复合材料行业独特位置：高工程化先进编织方案来源，因编织的高准入壁垒难以在别处寻觅。

“我们组织基于让客户成功的共同利益，”他补充，“自主设计制造机械让我们能在短周期内提供最优方案。这种设计灵活性使 A&P 处于编织技术前沿，我们郑重对待这一地位。”

“诚然，”Head 说，“我们的唯一货源地位独特，但我们有支持大批量项目的悠久历史，这些项目需求仅我们设备能满足。我们以不只满足要求、更超越客户质量服务期望为傲。”

回顾 A&P 走过的路，结合复合材料行业当前对制造速度、循环时间、自动化、过程控制和一致性的关注，Schneider 认为 A&P 与这些目标高度契合，已就绪满足航空航天、汽车、工业及更多领域的预制件需求。“很棒的 20 年，”她说，“但我们未止步。”