未来二十年将会是飞机制造商非常忙碌的一段时期，而热塑性复合材料则正准备充分利用这一时机。根据波音公司发布的 2020-2039 年商业市场展望，到 2039 年，全球将有 48,400 架商用飞机飞行，比 2019 年增加 22,500 架。与此同时，航空公司正在加快旧飞机的更换周期，来提高机队的效率和可持续性。热塑性复合材料可以帮助航空航天制造商满足这种迅速增长的需求。
热塑性塑料为航空航天行业提供了许多优势。轻质碳纤维增强热塑性塑料 (CFRTP)部件具有优异的强度和刚度、耐腐蚀性、耐化学性、耐疲劳性和耐用性。它们的性能通常优于同等金属部件。
热塑性复合材料结构部件的重量比相应的金属部件轻，可以使航空公司能够减少燃料和碳排放。与此同时，热塑性复合材料也是一种可持续材料，它是可回收的，因此制造商可以将生产废料和报废零件中的材料熔融并重新使用。
在过去十年左右时间里，用于热塑性塑料的布局、整合和零件成型工艺几乎与热固性塑料的工艺相似，比如高压釜工艺，这可能需要数小时。随着材料和制造方面的发展为生产提速提供了可能，而通过使用自动化设备和非高压釜工艺，制造商可以以更快的速度生产出质量更高的热塑性复合材料结构件，使其成为飞机生产的一种具有成本效益的选择，因此，近年来设计师也越来越喜欢使用热塑性复合材料。
材料的进展
材料的一致性对于快速、大规模的生产和自动化至关重要，而热塑性单向带快速发展逐渐引起行业内关注，并致使热塑性塑料制造中使用的材料发生变化。
航空航天设计师主要使用连续纤维热塑性塑料来实现飞机零件所需的强度和性能可预测性，但是在制造复杂零件时，连续纤维材料有一些缺点。通常这些部件的成型速度非常快，让纤维和层片在极短的时间内（通常是几秒钟）复合是一项挑战，但是如果采用不连续纤维材料，其性能又令人担忧。
现在有了一种新的选择，特拉华大学复合材料中心最近与 NASA 合作开发了一种不连续纤维材料，其性能与连续纤维热塑性塑料相当。据该中心称，使用其研发的材料，制造商可以以与汽车零件相同的生产率生产航空航天品质的零件。
新树脂体系的开发也使得成型加工速度逐渐加快。自 1980 年代以来，热塑性复合材料制造商一直在将聚芳醚酮 (PAEK) 家族中的树脂加入到产品中。然而，由于更苛刻的加工条件（如高温），这些高性能聚合物很难使用。几年前，威格斯推出了低熔点 PAEK (LMPAEK?) 从而加快了生产速度。低熔点 PAEK 与 家族中的其他聚合物具有相似的机械强度、耐化学性和其他特性，但其熔点低约 40 摄氏度。
降低成型时间
热塑性复合材料公司正在使用新设备来减少工艺步骤、降低生产时间。例如，连续压缩成型 (CCM) 使制造商能够以极具成本效益的方式大量生产层压板。
为了实现更大零件和可变厚度零件的生产所需的低成本和高加工速度，制造商需要采用自动化铺层。一些公司正在使用拾取和放置机器人系统，该系统可以铺设织物形式（干燥或预浸料）并增加或减少某些区域的层数。这使制造商能够更轻松地根据重量、刚度和强度定制零件。
注塑包覆成型用于飞机加固部件，为零件添加加强筋或附件。如果要使用连续纤维，则几何形状会受到限制，而注塑成型可以提供更复杂的几何形状，在大批量生产时，这可能是一种非常经济高效的创建复杂形状的方法。
感应焊接
热塑性材料可以熔化和重复利用，从而可以将零件焊接在一起以创建更大、更复杂的组件。焊接减少了对紧固件的需求，从而节省了生产时间、减轻了零件的重量并消除了在层压板上打孔的需要。
目前CFRTP的感应焊接在业界引起了广泛关注。该过程使用配备有感应线圈的机器人，该机器人会产生一个磁场，该磁场与碳纤维的电磁特性相互作用以感应加热。当两个碳纤维层压板接触并且机器人将感应线圈移动到需要热量的区域上方时，就会形成焊接。
在过去三年中，Qarbon（前身为 Triumph Aerospace Structures）的一个项目团队一直在努力改进这一过程。由于各种碳纤维材料的电气特性各不相同，因此它们对感应焊接工艺的反应也不同。因此，Qarbon 团队获得了一种无需基座即可聚焦焊接能量的方法的专利，并开发了针对特定材料和工艺设计感应线圈的复杂方法。
焊接时复合材料部件的强度没有降低。在与飞机 OEM 的测试项目中，Qarbon 团队证明感应焊接的接头强度超过等效紧固件和其他连接技术的强度。在开发感应焊接技术的过程中，项目团队也制作了一个类似于水平飞机尾翼的平面演示箱和一个弯曲的箱体。
城市空中交通
对热塑性复合材料部件感兴趣的不仅仅是传统飞机制造商。生产电动垂直起降车辆 (eVTOL) 的公司也知道它们的好处。这些城市空中交通工具将用于在大约 60 英里的范围内运送人员和包裹，需要热塑性部件提供的优势。
与标准飞机甚至旋翼飞机相比，城市空中机动性将有更关键的重量要求。它们正试图成为一种重复使用的飞行器，而且它们的操作节奏相当快，eVTOL由电池供电，因此如果飞机要达到所需的航程，轻量化至关重要。eVTOL 生产商也需要生产速度。一些 eVTOL 公司表示，他们希望在十年后一年内建造 4,000 台。而让热固性高压釜工艺达到每年 4,000 件这显然是不可能的。热塑性复合材料可以解决上述两个问题。
【转载声明】：本平台所转载的文章，其版权均归原作者所有，遵循原作者的版权声明，如果原文没有版权声明，我们将按照目前互联网开放的原则，在不通知作者的情况下转载文章。如果转载行为不符合作者的版权声明或者作者不同意转载，请来信告知：qbw@fiberglass365.com。如其他媒体或个人从本微信公众号转载有关文章时，务必尊重原作者的著作权，保留本平台注明的“稿件来源”，并自负版权等法律责任。
