2026年3月，復合材料領域的創新技術再次為油氣行業基礎設施升級提供了關鍵支撐 —— 英國復合材料技術專家賽格特泰金普（Cygnet Texkimp）研發的多軸纏繞機（Multi Axis Winder）被加拿大管道技術企業全密封公司（Total Containment Inc, TCI）正式啟用，該設備將通過碳纖維纏繞工藝對加拿大現役油氣管道進行加固，從根源上降低管道泄漏風險，大幅提升其全生命周期的安全性與運行性能。這一技術方案的落地，也成為復合材料技術與油氣行業基礎設施升級深度融合的典型案例。

油氣管道完整性升級的迫切需求

加拿大擁有龐大的現役油氣管道網絡，其中大量管道已服役二三十年，設備老化問題逐漸凸顯，管道的完整性與安全性面臨嚴峻挑戰。與此同時，新的監管政策相繼出臺，要求油氣管道運營方重新審核并優化管道設計與安全防護體系，防范泄漏、破裂、爆炸等事故對人員、環境造成的危害。

TCI公司深耕加拿大油氣行業，此次打造的管道加固密封解決方案，核心便是通過碳纖維纏繞對現役管道進行升級改造。該方案能夠從根本上消除管道泄漏引發的土壤、水體污染風險，避免其對生態系統和周邊社區造成不良影響，同時在高風險區域實現管道完整性、使用壽命的提升，以及監測體系的優化。尤為關鍵的是，這一解決方案支持管道帶壓帶料原位施工，無需切割、移動管道，有效規避了傳統改造方式帶來的高額成本與運營中斷問題。此外，該技術還能助力管道承受更高輸送壓力，提升運營效率，同時滿足部分管道從天然氣輸送向二氧化碳輸送轉型的合規要求，適配能源行業的轉型發展。

多軸纏繞機的技術溯源與迭代

賽格特泰金普這款多軸纏繞機的技術根基，源于曼徹斯特大學西北復合材料中心主任、機器人與紡織復合材料教授普拉薩德?波特魯里（Prasad Potluri）的創新設計。其最初研發初衷是為曲面部件制造提供編織工藝的替代方案，技術首款工程化應用則是為航空航天市場打造燃油管和進氣道的纏繞設備。

此后，曼徹斯特大學與賽格特泰金普開啟知識轉移合作，2018年雙方合作推出的3D纏繞機，成為這一技術首款商業化的全尺寸纏繞設備。這款搭載于機器人的多軸高速纏繞機，是業內首款能夠快速、精準鋪設大體積纖維，制造高強度、高重復性復合材料部件的設備，其九軸纏繞機構具備更高的運動靈活性和纏繞幾何操控性，可完成傳統纖維纏繞工藝難以實現的復雜曲面部件制造。

2021年，賽格特泰金普在3D纏繞機技術原理基礎上，推出了多軸纏繞機（MAW）。該設備將旋轉環安裝于線性軌道，可圍繞靜態芯模前后移動、旋轉，通過逐層鋪設纖維完成部件成型，在產能上實現了進一步優化，專為制造長直、連續且帶有輕微弧度的部件設計，適用于飛機翼梁、防撞結構、管材、桅桿等多種型材的生產。

靜態芯模設計：顛覆傳統的技術創新

多軸纏繞機與3D纏繞機的核心創新點，在于采用了靜態芯模設計，這一設計也讓兩款設備成為傳統纖維纏繞和編織工藝的優質替代方案，尤其適用于大尺寸復合材料部件的大批量生產。

在傳統纖維纏繞工藝中，纖維需纏繞于旋轉芯模之上，若要制造管道這類大型長尺寸部件，芯模不僅操控難度極大，還需具備極高的強度和品質，以承受高速旋轉和纏繞過程中的高張力，避免損壞。而靜態芯模設計則徹底改變了這一模式：設備的纏繞環沿部件軸線移動、旋轉并完成纏繞作業，芯模因纏繞張力的平衡設計，無需具備超高強度；同時，該設計可實現任意長度部件的纏繞加工，且無需隨部件尺寸擴大而升級設備，大幅縮減了設備占地面積、資本支出與運營成本。

TCI 定制化解決方案：適配嚴苛工況的技術落地

TCI 創始人兼首席執行官拉里?楊（Larry Young）一眼看中了賽格特泰金普的纏繞技術，將其視為實現管道原位加固、替代傳統管道更換方案的關鍵支撐。雙方的合作從技術測試起步，TCI先在賽格特泰金普英國創新中心，利用研究級演示設備完成了多軸纏繞機的初步測試；2025年2月，在測試取得成功后，該演示設備被交付至TCI位于加拿大阿爾伯塔省的總部，助力企業利用專利樹脂基體生產、驗證樣品，并進一步優化工藝方法。目前，賽格特泰金普正于其創新中心打造該技術的全尺寸設備，完成最終測試后，將于 2026 年夏季正式交付TCI。

為讓多軸纏繞機適配加拿大的嚴苛實際工況，雙方工程團隊攻克了諸多技術難題。加拿大部分油氣管道位于偏遠地區，氣溫常低至-30℃，且管道所處地形多泥濘、臟亂，同時還需做好高價值結構復合材料的處理與防護。針對這些問題，團隊量身打造了一款堅固的支撐箱——TCI爬行器（TCI-Crawler?），將其作為纏繞作業的可控環境，為管道、設備和操作人員提供保護，同時營造適宜的纏繞施工條件。

這款支撐箱尺寸為3米×3米×12米，內部為溫度可控環境，搭載了由三軸超聲波傳感器驅動的自動調節技術，可精準檢測管道中心并同步調整纏繞環中心位置，即便地面地形或管道鋪設存在偏差，也能保證纏繞環始終與管道對中，實現高精度纏繞。借助這一設計，纏繞環可完成上下、左右移動及360°全旋轉，有效補償管道的輕微彎曲偏差。

為讓纏繞環能在管道溝槽內輕松套合管道，團隊設計了1.37米（54英寸）的頂裝式剖分式纏繞環，可分兩段旋轉開合，實現與管道的緊密套合。施工時，TCI 爬行器被下放至管道溝槽，沿與管道平行的15米纏繞路徑移動，纏繞機隨其行進完成碳纖維纏繞作業。

高產能與高適配性：技術的多元應用潛力

為TCI 定制的多軸纏繞機在產能上實現了大幅突破：設備配備兩個圍繞固定中心環旋轉的纏繞環，相對的兩個纏繞環各搭載四組張力纖維卷，每組纖維卷為纏繞工藝提供一束纖維，單次旋轉即可在管道周圍鋪設八束纖維，結合預編程的纏繞序列，可快速完成碳纖維層的堆疊成型。

這一技術的產能還可根據應用需求靈活調整，通過在纏繞環上增設更多纖維卷，能夠大幅提升單位時間的纖維鋪設量。例如，將纖維束數量提升至16束，可顯著提高沉積效率，這一特性也讓該技術適用于航空航天、汽車、建筑等領域的大型復雜結構件纏繞制造。

此外，纏繞環可校準為同向或反向旋轉，制造企業可通過設置不同的纖維角度，定制纏繞幾何結構，形成準交錯的纖維結構。這類結構相比同類編織結構，纖維皺曲更少，同時還能保留纖維纏繞部件的高剛度特性。

賽格特泰金普與TCI的合作，充分展現了企業將現有技術進行定制化升級，適配特定行業應用需求的技術實力。未來，多軸纏繞機的技術能力還將持續拓展，除油氣管道外，還將逐步應用于其他基礎設施、土木工程領域，以及帆船、體育用品等制造行業，為更多領域的復合材料部件制造提供創新解決方案。

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