热塑性复合材料的前景可期

柯林斯航空航天公司（Collins Aerospace）先进结构部门的工程副总裁Stephane Dion称，虽然碳纤维增强热塑性复合材料已经被人们所熟知，但直到最近航空制造商才考虑将其广泛用于制造飞机部件，包括主要结构部件。

他还表示，与热固性复合材料相比，碳纤维增强热塑性复合材料有可能为航空航天原始设备制造商提供一些优势，但直到最近，制造商还不能以高速率和低成本制造热塑性复合材料的零件。

在过去的五年里，随着碳纤维增强复合材料零件制造科学的发展，原始设备制造商已经开始将目光投向了热固性材料制造的零件之外。转变之一首先是，使用树脂灌注和树脂转移成型（RTM）技术来制造飞机零件，其次是采用热塑性复合材料。

吉凯恩宇航公司（GKN Aerospace）已投入巨资开发其树脂灌注和RTM技术，以廉价和高速度制造大型飞机结构件。吉凯恩航空航天公司Horizon 3先进技术计划的技术副总裁马克斯-布朗说，吉凯恩公司现在使用树脂灌注制造技术制造了17米长的单件复合材料机翼支柱。

据Dion称，原始设备制造商在过去几年里对复合材料制造大量的投资，还包括战略性地开发能力，来实现热塑性部件的大批量生产。

热固性材料和热塑性材料之间最显著的区别在于，热固性材料在被塑造成零件之前必须在冷库中保存，而一旦塑造成零件，热固性零件必须在高压釜中经过许多小时的固化。这些过程需要大量的能源和时间，因此，热固性部件的生产成本往往居高不下。

固化不可逆转地改变了热固性复合材料的分子结构，使该部件具有强度。然而，在目前的技术发展阶段，固化也使部件中的材料不适合重新用于主要结构部件。

然而，根据Dion的说法，热塑性材料在制成零件时不需要冷藏或烘烤。它们可以被冲压成一个简单部件的最终形状。空客A350的机身框架的每一个支架都是热塑性复合材料部件，或者被冲压成一个更复杂部件的中间阶段产物。

并且，热塑性材料可以通过各种方式焊接在一起，允许用简单的子结构制作复杂的、高度成型的零件。Dion说，目前主要使用的焊接方式为感应焊接，只能用子部件制作扁平的、恒定厚度的部件。然而，柯林斯公司正在开发用于连接热塑性部件的振动和摩擦焊接技术（Vibration and Friction Welding Techniques），一旦获得认证，它预计最终将使其能够生产 "真正先进的复杂结构"，他说。

将热塑性材料焊接在一起制成复杂结构的能力使制造商能够取消热固性部件在连接和折叠时需要的金属螺钉、紧固件和铰链，从而创造出约10%的减重效益。

热塑性复合材料与金属的结合比热固性复合材料更好。虽然旨在开发热塑性塑料特性的实际应用的工业研发仍处于 "早期成熟的技术准备水平"，但它最终可能让航空航天工程师设计出包含混合热塑性塑料和金属集成结构的部件。