自动FPP 生产线（左）生产干单向碳纤维贴片， 这些贴片由4轴运动机器人（中心为黑色电枢）精确放置在 6 轴机器人铰接工具（右为白色手臂）上。Cevotec 将为专用套件板准备的数字文件导入其自己的软件中，以设计满足套件板几何形状和制造工艺要求的局部增强件，并实现所需的客户指定的性能改进。
粗纱和无捻纱-丝束（tow）。粗纱是玻璃纤维最简单、最常 见的形式。它可以被切碎、编织或以其他方式加工，以产生用于复合材料制造的二次纤维形式，如垫子、编织织物、编织物、针织织物和混合织物。粗纱按重量供应，具有指定的长丝直径。“码/磅”一词通常用于表示每磅玻璃纤维粗纱中的码数。类似地，无捻纱-丝束（tow）是碳纤维的基本形式。典型的航空航天级无捻纱尺寸范围为1K至24K（K=1000，因此 12K 表示丝束含有12000根碳丝）。PAN和沥青基12K碳纤维具有中等（33- 35Msi）、中等（40-50Msi）、高（50-70Msi）和超高（70- 140Msi）模量。（模量是通过测量材料在负载下的挠度或长度变 化来描述材料刚度的数学值。）较新的重丝束碳纤维，有时被称为商业级纤维，具有48K-320K的丝数，比航空航天级纤维的成本更低。它们通常具有33-35Msi 模量和550ksi 抗拉强度，并且在 需要快速零件组装时使用，最常见于娱乐、工业、建筑和汽车市场。重丝束纤维的特性接近于航空颗粒纤维，但由于前体和加工 差异，可以以较低的成本制造。（碳纤维的高成本和历史上供需的大幅波动，使复合材料行业对全球碳纤维市场的状况产生了长期的高度兴趣。
最近一个潜在的重大变化是碳纤维丝束，其特征是排列不连续的纤维。这些丝束是在特殊的过程中产生的，这些过程要么以不同 的速度对碳丝束施加张力，这会导致单个长丝的随机断裂，要么以 其他方式切割或分离单个长丝，使长丝的起点和终点交错，其相对长度大致均匀，从而保持对齐，丝束保持其完整性。断裂允许长丝 相对于相邻长丝的位置发生更大的独立性变化，使丝束更容易成 型，并使其能够在负载下拉伸，比短切的随机纤维具有更大的强度 特性。由对齐的不连续丝束制成的纤维形式更具悬垂性；也就是 说，与由标准丝束制成的纤维形式相比，它们更柔韧，因此更容易 适应弯曲的工具表面。
垫子（Mats）是由化学粘合剂将纤维粘合在一起制成的非织造织物。它们有两种不同的形式：短切的和连续的。短切毡包含随机 分布的纤维，切割长度通常在 38 毫米至 63.5 毫米之间。连续纤维 毡由连续纤维股的漩涡形成。因为它们的纤维是随机取向的，所以 垫子是各向同性的——它们在所有方向上都具有相同的强度。短切 股毡主要在手工叠层、连续层压和一些封闭成型应用中提供低成本的增强。本质上更强的连续股毡主要用于压缩成型、树脂转移成型和拉挤成型应用，以及预制件和可压模热塑性塑料的制造。某些用 于拉挤的连续股毡和用于片材成型的针刺毡消除了筒子架储存和切碎的需要。
机织物(Woven fabrics)是在织机上制成的，有各种重量、编织方 式和宽度。编织物是双向的，在纱线或粗纱轴向方向（0º/90º）上 提供良好的强度，有助于快速制造复合材料。然而，机织物的抗拉强度在一定程度上受到了影响，因为在织造过程中，纤维在彼此上方和下方经过时会卷曲。在拉伸载荷下，这些纤维往往会变直，从 而在基体系统内产生应力。双向织物采用几种不同类型的编织。在平纹组织中，每条纬纱 （即与织物长度成直角的纱线）交替地穿过每条经纱（纵向纱线） 的上方和下方。其他织物，如马具、缎面和篮子织物，允许纱线或 粗纱在多个经纱纤维上和下交叉（例如，两个以上、两个以下）。这些编织物往往比普通编织物更具悬垂性。
机织粗纱(Woven roving)相对较厚，用于重型加固，尤其是在手工叠层操作和工具应用中。由于其编织相对粗糙，机织粗纱很快就会浸湿，而且相对便宜。然而，可以生产特殊精细的玻璃纤维编织 物，用于加固印刷电路板等应用。
混合织物(Hybrid fabrics)可以用不同的纤维类型、丝束成分和织物 类型来构造。例如，高强度的S-玻璃丝或小直径长丝可以用于经纱方向，而成本较低的丝构成填充物。也可以通过将机织织物和非织造垫缝合在一起来创建混合体。
多轴(Multiaxials )是由以不同方向堆叠的单向纤维层制成的非织 造织物，并通过厚度缝合、编织或化学粘合剂将其固定在一起。纱 线在任何方向上的比例都可以随意选择。在多轴织物中，避免了与 机织织物相关的纤维卷曲，因为纤维彼此叠放，而不是上下交叉。这更好地利用了纤维的固有强度，并创造出比同等重量的机织物更 柔韧的织物。可提供超重型非织造布（高达 200 oz/yd²），可以显著减少铺层所需的层数，使制造更具成本效益，尤其是对于大型工业 结构。对非边缘多轴的高度兴趣刺激了这一加固类别的可观增长。
相对较新的、薄的、双轴增强的 C-PLY（如图所示）被用 来形成四分之一规模的 VX-1 KittyHawk 无人机机身，其特 点是机翼可以平滑地融入翼型机身。VX-1 KittyHawk 机身的 顶部和底部蒙皮使用+45°/0°和-45°/0℃C-PLY，以六层堆叠交替（每六层 12 层），每两层厚度为 0.006 英寸。
VX-1 KittyHawk无人机
2011 年，斯坦福大学的 Stephen Tsai 博士与 Chomarat（法国 Le Cheylard 和美国 SC Anderson）共同开发了一种新型多轴增强材料， 该材料将纤维定向在非常小的角度，如 0°/20°，可以取代准各向同性纤维定向，以获得更好的性能和更低的重量。一个结果是一种名为C-PLY的产品，最近被VX Aerospace（美国北卡罗来纳州摩根顿） 用于其四分之一规模的 KittyHawk 无人机。它的机翼平滑地融合在翼型机身中，是第一架使用蔡氏各向异性层压板（Tsai's anisotropic laminates）的飞机，其全尺寸版本旨在以无人驾驶的民用或军用身份服役。
编织织物（Braided fabrics）在偏置上连续编织，并且具有至少一根在编织过程中不卷曲的轴向纱线。编织物的强度来自于将三根或更 多根纱线交织在一起，而不将任何两根纱线缠绕在一起。这种独特 的结构通常比织物具有更大的强度和重量。它还具有天然的顺应性， 这使得编织物特别适合生产套子和预成型件，因为它很容易接受其 加固的零件的形状，从而避免了切割、缝合或操作纤维放置的需要。编织物也有平面织物形式。这些编织物可以采用三轴结构生产，纤维在一层内的取向为 0°、+60°、-60°。单层编织物中的这种准各向同性结构可以消除与多个 0˚、+45˚、-45˚和 90˚织物分层相关的问题。此外，准各向同性编织织物显著降低了分层（纤维层分离）的倾向。其 0°、+60°、-60°的结构使织物在各个方向都具有相同的机械特性， 因此消除了层间刚度不匹配的可能性。
无论是套子还是扁平织物，纤维都是连续的，并且是机械连锁的。由于结构中的所有纤维都参与了荷载事件，因此荷载在整个结 构中均匀分布。因此，编织物在失效时会吸收大量能量。编织（Braid） 的抗冲击性、耐损伤性和疲劳性能吸引了复合材料制造商的广泛应 用，从曲棍球棒到喷气发动机风扇叶片和外壳。
预制件是近净形状的增强形式，设计用于通过将短切、单向、 编织、缝合和/或编织纤维层堆叠和成型为预定的三维形式来制造特定零件。通过仔细选择和集成任何数量的不同形状和方向的加强层， 可以非常接近复杂的零件形状。由于其具有很高的加工效率和速度的潜力，在特殊粘合剂、加热和固结方法以及使用自动化方法对短切纤维进行喷涂、定向和压实的帮助下，已经开发了许多预成型技术。
最近，Cevotec（德国 Garching）的纤维贴片放置（FPP- Fiber Patch Placement ）技术是一种自动将碳纤维成分的预制棒“贴片”放置到由 North Kiteboarding（德国 Oberhaching）建造的成本较低的玻璃纤维 增强套件板中的方法，作为一种手段，在不大幅提高套件板价格的情况下，解决套件板爱好者在板上表现方面的高度个人主义偏好。
预浸料（Prepregs）是树脂浸渍的纤维形式，通过使用溶剂、热熔或粉末浸渍技术，用控制量的树脂（热固性或热塑性）浸渍纤维来制造。预浸料可以储存在“B 阶段”，即部分固化状态，直到需要进行制造。预浸胶带或织物用于手工叠层、自动铺带、纤维铺设和一些细丝缠绕操作。单向胶带（所有纤维平行）是最常见的预浸料坯形式。由编织纤维和其他扁平物品制成的预浸片提供两个或多个维度的增强，通常以整卷形式出售，尽管一些供应商提供少量。通过浸渍纤维预制件和编织物制成的那些提供了三维增强。
预浸料提供一致的纤维/树脂组合，并确保完全润湿。它们还消 除了对树脂和催化剂进行称重和混合以进行湿铺的需要。对于大多数热固性预浸料，褶皱和粘性是“加工”的，以便于处理，但它们必 须储存在室温以下，并且有超时限制；也就是说，它们必须在从储 存中取出后的一定时间内使用，以避免过早的固化反应。热塑性预 浸料不需要冷藏，也不受寿命限制，但如果没有特殊配方，它们缺乏热固性预浸料的粘性或悬垂性，因此更难形成。
预浸料生产重量最低、机械特性最高、空隙率低的成品零件是 无可争议的。然而，从历史上看，它们也是最昂贵的，部分原因是 从历史上来看，它们是由专门工厂生产的——预浸料的生产一直是复合材料供应链中的一个中间、离散的步骤。最近，已经做出努力 来解决与这一额外步骤相关的效率低下和相关成本。SPE在美国密歇根州底特律举行的 2015 年汽车复合材料大会和展览会上介绍了两种有趣的方法，都是在线工艺。它们将复合材料制造商转变为预浸料机，就像20世纪90 年代末/21世纪初直接长纤维热塑性塑料 （D-LFT- direct long-fiber thermoplastic ）工艺一样，当时复合材料制造商的工作转向了制造商。这两种新技术都消除了之前必要且昂贵的步骤，即在将预浸料运送给客户之前冷冻和储存预浸料，然后客户还必须在成型过程中使用预浸料之前储存和解冻预浸料。成型过程的成本由加工商承担，大概也由加工商的客户承担。
最接近商业化的是由三菱人造丝有限公司（日本东京）和三菱 人造纤维碳纤维和复合材料股份有限公司（美国加利福尼亚州欧文 市）联合开发的内联预浸工艺。三菱的科学家通过直接涂覆单束碳 丝束，校准宽度，然后将产品重新缠绕到线轴上来降低成本。自动 纤维铺设（AFP）系统——三菱称之为自动丝束铺设——然后用于铺设帘布层，以消除手工铺设的劳动。堆叠随后通过公司自己的预浸料压缩成型（PCM-prepreg compression molding）工艺进行预成型和零 件成型。另一种方法是由 Fraunhofer 化学技术研究所（ICT）（F-ICT， Pfinztal，德国）开发的新 InPreg-inline-prepreg（内联预浸料）工艺。与三菱的PCM 方法一样，InPreg 预浸料被设计为在压缩机中形成， 而不是在更奇特的设备中形成，从而为更广泛的处理器打开了层压 复合材料的大门。InPreg 预成型和成型步骤都是在压缩工具中完成 的。这不仅消除了加热、预成型和冷却预浸料所需的时间，还消除了预成型站的成本和空间。Inpreg 工艺的关键是来自 Huntsman Advanced Materials（瑞士巴塞尔）的四部分 B 阶段环氧树脂系统和成本较低的24-50K丝束碳纤维，该纤维形成UD非卷曲织物（NCFnon-crimp fabric）。
展开丝束（Spread tow）是一种单独的纤维丝束（或未捻纱线）， 它被展开，直到单个细丝并排排列，形成一条超薄带。例如，12K 碳 纤维丝束的宽度可以从 5 毫米扩展到 25 毫米，使其厚度减少 80%。这些铺展丝束可以编织成织物，放置以形成多轴非卷曲织物（NCF）， 或者接收液体或粉末树脂以形成铺展丝带或丝束预浸料。使用机织 平展丝束织物代替更传统的增强物可以在复合材料层压板中节省 20-30%的重量。这是通过关闭经纱和纬纱之间的经纱和纬线间隙来 实现的，这样可以减少树脂的截留，也可以减少纤维卷曲，从而使纤维更直，从而提高强度。因此，最终的复合材料层压板可以使用 更少、更薄的层来实现相同或更好的性能。
纤维供应商赫氏（Hexcel 斯坦福德，美国）声称，纤维间隙减 少了 5-8%，并且能够使用碳纤维实现 6K 丝束特性和 3K 丝束面积 重量，12K 丝束特性和 6K 丝丝面积重量等。North Thin Ply Technology（NTPT，Penthalaz Cossonay，Switzerland）声称任何纤 维都可以铺展，并声称可以实现非常低的面积重量：PAN 基碳纤维 和 14 微米直径的石英纤维为 30 g/m2，9 微米直径的玻璃纤维为 35 g/m2，芳纶纤维为 20 g/m2，聚苯并恶唑（PBO）和其他合成纤维为 30 g/m2。展开丝束增强的供应商包括 Hexcel、NTPT、Oxeon（瑞典博拉斯）、Sigmatex（英国）有限公司（英国 Runcorn）、Chomarat 和 FORMAX（英国莱斯特）。应用包括自行车、滑雪板、曲棍球棒、球 拍、帆船、赛车和太阳能动力飞机。
回收碳纤维（RCF-Recycled carbon fiber）增强材料有多种形式，包 括切割成特定长度的短切纤维、复合为长纤维热塑性塑料（LFT-long fiber thermoplastic）颗粒的短切纤维、三维网状预成型件和随机取向的短切纤垫（干燥或与热塑性材料结合），包括聚丙烯（PP）、聚对苯 二甲酸乙二醇酯（PET），聚酰胺（PA 或尼龙）、聚苯硫醚（PPS）、 聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚醚酮（PEEK）。短切纤维垫也可以进行加 工，例如通过梳理，以实现更大的纤维对齐，从而获得更好的机械 特性。这类产品可从全球范围内的一系列 RCF 供应商处获得，并通 过热解进行回收，热解燃烧来自废弃预浸料和固化结构的树脂。Technical Fibre Products股份有限公司（TFP，美国纽约州斯克内克 塔迪和英国伯恩赛德）生产的RCF面纱重量高达2g/m².。
RCF 产品也由内部用干纤维制造废料制成。SigmaRF产品通过 将 45 毫米至 60 毫米的碳纤维与热塑性载体结合，形成用于无卷曲织物的切片，例如220 g/m2±45°碳纤维/PET双轴NCF，从而重复使用Sigmatex的内部干燥制造废物。其它变体包括 RCF/Kevlar/PEI、 RCF/PA和RCF/PES。
亚琛工业大学（德国亚琛）的塑料加工研究所（IKV）在碳纤维 PAN 前体纺丝过程中，将未经滚筒收集的新生纤维（一种碳纤维生产废物或副产品）进行切碎、碳化，并使用连续气路工艺将其形成均匀的毡。还开发了生产连续再生纤维的新方法，包括使用醇或其他溶剂 在不燃烧或高温的情况下进行溶剂解以去除树脂，对缠绕在细丝上 的压力容器进行热解和解卷，以及使用环氧树脂使基质能够作为热塑性塑料回收，例如Connora Technologies（加利福尼亚州海沃德， 美国）的Recyclamine硬化剂。
模塑料是将纤维结合到复合材料中的另一 种方式。传统上，这些都是由塑料工业开发的，其特征是短纤维（2- 25mm）的重量百分比较低（5-50%）。Putty like bulk molding compound （BMC）用于注射成型，而片状模塑化合物用于较大的零件和较高的强度要求，通常用于压缩成型工艺。
玻璃垫热塑性塑料也是一种可压缩 成型的材料，具有连续的无规纤维增强。GMT 是在 20 世纪 60 年代 从短纤维增强尼龙发展而来的。它面临着来自长纤维增强热塑性塑 料（LFRT- long fiber-reinforced thermoplastic 或 LFT）的日益激烈的竞争， 后者是通过将小直径拉挤连续玻璃纤维棒切割成颗粒而生产的。LFT具有连续的单向纤维，贯穿颗粒的整个长度，并提供介于 GMT 和短玻璃热塑性塑料之间的特性。20 世纪90年代，机械原始设备 制造商开发了在线复合系统，该系统集成了 以前单独的复合和成型工艺。这些直接长纤维热塑性塑料系统在压机中将树脂、增强材料和添加剂结合在一起，将测得的喷丸或装药直接输送到注射或压缩成型设备。这消除了预混合产品的库存，并实现了定制的纤维长度。
SMC、BMC、GMT 和 LFT 用于需要复杂形状和模制细节的广泛应用，包括汽车零件、电器（洗衣机桶）、医疗设备、消费品、电子产品、体育用品、支架、外壳、运输车辆零件和电气应用。
雪佛兰克尔维特 Corvette 低密度 SMC：在一级汽车供应商
Continental Structural Plastics （CSP，Auburn Hills，MI，US）进行了五年的研发后，最近两 次行业活动的评委一致认为，CSP 的 TCA Ultra Lite 片状 SMC （1.2 比重）是赢家，例如，用于成型这种非常复杂的一体式克 尔维特右前挡泥板。CAMX 2015 指导委员会在 10 月于美国德 克萨斯州达拉斯举行的会议上授予其“无与伦比的创新奖”。一个月后，它在 SPE 汽车部门的材料类别中名列前茅，并在底 特律郊区举行的第 45 届 SPE 汽车创新奖颁奖典礼上获得大奖
特别是SMC，与钢和铝相比，它提供了零件固结、深冲轮廓和 许多其他优势：在规格可比的几何形状中，它通常比金属轻 40%。虽然它不会生锈或腐蚀，也不需要这样的处理，但它具有耐热性和 耐化学性，可以在汽车制造商对金属底盘部件的电泳（电子涂层） 沉积防锈过程中幸存下来，因此 SMC 零件可以用白色连接到车身上 （首选装配方法），不需要特殊的电子涂层后装配。然而，直到最近， SMC在150000台或更少的产量下仍具有成本优势。然而，一种来自 大陆结构塑料公司（CSP，Auburn Hills，MI，US）的新型低密度SMC被称为TCA（坚韧的a 级）Ultra-Lite。在 1.2 的比重（SG-specific gravity） 下，与 CSP 的中密度 TCA-Lite（1.6 SG）级相比，它的质量减少了 28%，与传统的 1.9 SG 级SMC相比，质量减少了 43%。此外，它不仅提供了与 TCA-Lite 相当的机械性能（两者都采用了来自美国田纳西州科利尔维尔 AOC Resins 的不饱和聚酯基质），而且据报道，它 与油漆和粘合剂的结合更有效。最重要的是，据报道，CSP 进行的生命周期分析表明，即使每年的销量高达 350000-400000 辆，TCA Ultra Lite 的每个部件的成本也低于铝。
玻璃纤维是模塑化合物中最常见、最便宜的增强材料，芳纶纤维提供耐磨性，不锈钢纤维实现静电消散（ESD- electrostatic dissipation） 和电磁干扰（EMI- electromagnetic interference）屏蔽，而碳纤维提供更高 的模量和更低的重量以及 ESD 特性。还开发了用天然纤维（大麻、 亚麻、剑麻和木材衍生纤维）增强的模塑化合物，包括这些产品在汽车、体育用品和消费品中越来越受欢迎。
阅读：玻璃纤维的制造
先进的模塑化合物旨在实现更高性能的应用，包括航空航天和 军事部件。这些材料使用更高性能的树脂，如环氧树脂、酚醛树脂、 乙烯基酯、双马来酰亚胺（BMI）和聚酰亚胺，纤维负载量为 45%至 63%（重量）。纤维包括碳和 E 玻璃，但也包括性能更高的 S2 玻璃。TenCate Advanced Composites BV（Nijverdal，荷兰）使用环氧树脂、 氰酸酯树脂、尼龙、PPS 或 PEEK 树脂以及碳纤维或 S2 玻璃纤维制 造 BMC，长度从 12 毫米到 50 毫米。HexMC 由 Hexcel 公司生产， 使用 50 毫米长的碳纤维和环氧树脂。供应商可提供多种其他碳纤维 SMC 产品，包括 Continental Structural Plastics、Quantum Composites 股份有限公司（美国密歇根州贝城）以及 Zoltek Corporation（美国 密苏里州圣路易斯）和 Magna Exteriors（法国巴黎）的合资企业。
最近，模塑料已经能够增强通过所谓的增材制造工艺（也称为 3D 打 印）制造的产品。短切和短纤维增强可以适用于一种称为熔融沉积建模的3D打印。大多数增强塑料的3D打印尺寸有限。但至少有一 个最近的示范项目表明，大幅面打印在技术上是可行的，在经济上 也是合理的：橡树岭国家实验室（美国田纳西州橡树岭）和机械制 造商辛辛那提股份有限公司（美国俄亥俄州哈里森）展示了大幅面增材制造（BAAM- Big Area Additive Manufacturing）系统的大幅面打印能 力，与当地汽车公司（美国亚利桑那州钱德勒市）合作，生产世界 上第一个 3D 打印车身。在 2014 年 IMTS 展会上，定制设计的 Strati 跑车车身在 44 小时内打印在展厅地板上，使用了 SABIC（马萨诸塞 州皮茨菲尔德，美国）提供的 15%碳纤维增强丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 （ABS- acrylonitrile butadiene styrene）化合物。
-- 注：原文见，《 Materials & Processes: Fiber formats for composites 》
