热塑性塑料在航空航天工业中的应用

AZoM与TenCate的Tom Smith和James Mondo讨论了热塑性塑料的独特性能和应用，特别是在航空航天工业方面。

热塑性聚合物越来越多地用于各种应用中的纤维增强复合材料中，您能告诉我们热塑性塑料是什么，以及它们用于生产复合材料的纤维是什么吗？

热塑性树脂与热固性树脂(例如环氧树脂)的不同之处在于，热塑性树脂可以多次重新形成所需的形状。另一方面，热固性复合材料(即环氧树脂)在固化后会永久地锁定在原位。

一旦它们被治愈，它们就不能再成形或再成形了。然而，热塑性复合材料可以再次加热，一旦超过软化温度，就可以重新形成。这一特性还使零件制造商能够利用快速循环时间对热塑性复合材料进行加热，成型，并在几秒或几分钟内成型，而热固性固化则需要几小时。

从纤维的角度来看，热塑性树脂和热固性树脂使用的碳纤维基本相同。以unitape形式提供标准模量或中间模量的高级热塑性unitape。织物大致相同，例如平纹织物或5-线束，在玻璃面上，通常在unitapes中使用S-2玻璃，或7781玻璃纤维织物。对于工业应用，也可以使用与热固性塑料类似的低成本碳纤维。

TenCate处于热塑性复合材料创新的前沿——您如何看待热塑性塑料的使用在过去几十年中的增长？

在航空航天领域，热塑性复合材料首次率先用于商用飞机的前缘、内部组件、发动机吊架、通道门、飞机地板和各种模压部件。最初的使用驱动力是它们的抗冲击性(耐久性)和内部组件的内在阻燃性。

此外，在普通的飞机肋加强结构(如前缘)，电阻焊接技术允许肋到皮肤的强熔焊，消除了对粘合剂层的需要。

在过去的五年里,我们已经看到持续的进步在热塑性塑料碳纤维皮肤和肋骨感应焊接机器人,剪辑和支架细胞制造环境中形成和塑造和提高热塑性复合材料的兴趣一直在经历了非航空航天应用,比如汽车、电子产品、石油、天然气和娱乐应用。

这种增长的一些关键原因是什么?例如，与热固性塑料相比，它们有哪些优势?

热塑性复合材料比热固性复合材料提供了许多优势:

• 固有阻燃性(PEEK、PPS、PEI)
• 高冲击韧性
• 低吸湿性
• 可在室温下无限期保存
• 250-300°F（121-177°C）热/湿工作温度，可与典型的环氧热固性复合材料相媲美
• 能够使用熔焊技术，如感应焊或电阻焊，并消除机械紧固件和二次胶粘剂。节省重量和成本。
• 非常快的零件成型周期时间，即秒和分钟与小时

对于更常见的热塑性聚合物，如尼龙、PET、聚碳酸酯、聚丙烯和聚乙烯，我们发现，由于聚合物的独特性能，每一种特定的聚合物都能找到其特定的应用方式。

尼龙因其耐热性和耐溶剂性被发现在汽车引擎盖下的应用。此外，它是一种非常坚韧的聚合物，可以承受在汽车部件中发现的应力，同时仍然提供有竞争力的价格和有竞争力的快速部件成型能力。

聚碳酸酯和聚碳酸酯/ABS共混物因其高表面质量、耐冲击和UL阻燃性而被应用于电子外壳。高密度聚乙烯通常与玻璃或碳纤维一起用于石油和天然气管道的包裹。

热塑性复合材料的主要工业应用是什么？TenCate涉及哪些？

热塑性复合材料既可用于飞机部件等高端应用，也可用于鞋类和矫形器等大批量应用。

石油和天然气应用使用高端热塑性塑料，因为它们能够抵抗腐蚀和高温，适用于海上石油钻井中使用的脐带缆。此外，高密度聚乙烯高级复合材料用作管道的外包皮，以提供额外的增强强度，同时提供持久的耐腐蚀外层。

新兴应用包括智能手机、平板电脑和手持设备的复合外壳，使这些设备实现更轻的重量或更薄的外形，同时保持保护设备免受损坏所需的刚性。此外，诸如注射二次成型之类的二次过程可用于形成装置细节所需的细节剪辑和支架。

汽车和其他运输应用正在寻找先进的热塑性和热固性复合材料，以减轻重量，特别是混合动力和电池动力汽车，因为重量轻，可以增加车辆的行驶里程。

热塑性复合材料比热固性复合材料具有优势，因为它们在大批量应用中加工迅速，同时具有耐久性和强度。

重点关注航空航天工业，为什么热塑性复合材料现在如此普遍，它们比传统材料有什么好处?欧洲杯足球竞彩

随着航空工业转向复合材料机身和机翼，许多用于支撑内部主要组件的结构铝夹和支架正在转变为热塑性复合材料。热塑性复合材料提供了强度，防火和耐电蚀的结合，提供了重量和过程节省。

目前有许多财团专注于使用热塑性复合材料组装大型结构，包括飞机的主要部件。热固性塑料的无限期货架稳定性消除了过期时间的限制和冷藏储存的需要，这是热固性技术的正常组成部分。

热塑性复合材料适用于各种工艺，从快速热成型和压制成型到传统的高压釜加工以及胶带和纤维铺设技术。热塑性塑料是可回收的，如果不按照原始规格制造，则可重新成型。

此外，熔焊技术允许热塑性复合粘结剂与聚合物一样强，消除了对二次粘合剂或机械紧固件的需要。

不同的航天环境当然需要不同的复合材料性能。在飞机的内部和外部使用的热塑性复合材料在成分上有什么不同?

典型的半结晶聚合物，如PEEK、PEKK和PPS，由于其固有的耐溶剂性，用于飞机外部。PEI和聚碳酸酯（用于更具成本竞争力的应用）更常用于内饰，因为它们具有阻燃性，但不一定能够抵抗飞机外饰和发动机上使用的某些苛刻溶剂。PEI非常坚韧耐用，具有很高的耐热性，可以在厨房和储物箱中找到，而聚碳酸酯对于二级内部结构（如窗帘、托盘、手推车、装饰衬板和窗户外壳）来说更具成本竞争力。

对于TenCate Cetex®热塑性塑料系列，有哪些特殊的表面处理，哪些航空航天应用从中受益?

从一个非常基本的角度来看，TenCate可以提供从天然到白色到灰色的多种色调的热塑性塑料。我们提供三种标准表面纹理：粗糙、拉丝和光滑。粗糙表面更像是蜂窝和皮肤之间的粘合层，而拉绒或光滑表面则用于室内。

热塑性聚合物最大的优点之一是在高温下能够被重塑和重塑成复杂的形状。这对TenCate Cetex®热塑性复合材料的生产过程有什么影响?

使用热塑性复合材料的一个固有好处是，根据零件的不同，热塑性复合材料能够在几分钟甚至几秒钟内快速成型。这是工业应用中的一个重要特征，工业应用需要非常快的循环时间。如果零件未精确成形为所需形状，则可以重新加工该零件，并将其重新成形为正确形状，从而消除废料和废物。TenCate Cetex热塑性复合材料提供的产品形式之一是增强热塑性层压板（RTL）。

在这种形式下，TenCate制造了4 × 12英尺的层压板，多达25层，每层都面向客户的规格。这种层压板是在高压和温度下巩固的，这样树脂完全封装每一个纤维。然后，层压板通过无损检测和认证，与复合材料典型部件的检测和认证方式非常相似。这种RTL产品形式允许用户热成型他们的零件秒和分钟所需的形状。

对于具有不同横截面和整体肋的更复杂形状，TenCate已开发出使用短切碳热塑性unitapes的热塑性散装模塑化合物。此外，对于那些喜欢最终零件的用户，TenCate开发了可部署的工具、制造和零件设计专业知识，或者TenCate可以与客户和供应商合作，为大批量零件提供交钥匙制造。

您能告诉我们更多关于TenCate Cetex®热塑性塑料系列中使用的不同树脂类型的信息吗？

TenCate Cetex®热塑性复合材料产品范围从用于高温结构应用的PEEK, PPS和PEI工程热塑性塑料到性能更导向的热塑性塑料，如聚碳酸酯，尼龙，聚丙烯，聚乙烯和PET。

我们还供应PMMA，用于休闲鞋业，用于高端篮球运动鞋的内底，用于支撑和轻量化曲棍球鞋的刚性和强度。

图片来源:Tencate

您能给我们讲讲Cetex®系列产品最近的成功案例吗?

在过去的几年中，有一些有趣的发展，其中许多获得了JEC创新奖。以下是摘要:

Gulfsteam G650舵和尾翼升降器- Fokker Aerostructures设计并建造了新的G650尾升降器和方向舵，采用TenCate Cetex热塑性塑料复合材料，并在不使用紧固件或粘合剂的情况下将肋焊接到皮肤上，节省了15%的重量和热固性设计成本的10%。

飞机座椅骨架- Cutting Dynamics, Inc与TenCate Cetex公司合作，采用1 / 4英寸狭缝胶带，由A&P Technologies二次编织，用于制造轻型复合材料商用飞机座椅，比传统铝设计减轻重量，同时仍能满足FAA规定的16g载荷。A&P的工程师设计了一个编织的预制件，它完全符合座椅框架的几何形状和机械要求。与传统的铝框架相比，复合座椅框架可以节省30%的重量。

阿古斯塔·威斯特兰兹AW169直升机–福克航空结构公司使用TenCate Cetex热塑性塑料制造了第一个全热塑性水平复合材料尾板。水平尾翼的全面开发始于2011年7月。到2012年底，四架AW169直升机已经安装了新的水平尾翼。AW169水平尾翼的长度为3米，从一个尾翼到另一个尾翼跨越。重量减轻是通过热塑性材料的刚度实现的。福克设计并开发了这一集成解决方案，作为一个共同整合的单件扭转箱。

图片来源:Tencate

复合材料在某些飞机上的流行可以导致更高的燃料效率-你觉得你的复合材料在使航空航天工业更环保方面有作用吗?

TenCate先进复合材料公司认为，热塑性复合材料确实在改善环境方面发挥了作用。热塑性复合材料本身具有可改造性，比热固性复合材料更易于回收。此外，一些热塑性塑料本身具有阻燃性，因此不需要可能对人类或环境有害的二次阻燃剂。

今天的飞机内饰要求满足OSU火焰/烟雾毒性测试65/65，而TenCate的热塑性复合材料很好地满足了这个标准，在不使用二次阻燃化学品的情况下，其结果非常低，为20/20。

此外，热塑性塑料允许在室温下无限地储存，这将对时间的要求、冷藏储存和运输的需求降到最低，当然，与热固性的多小时热压罐循环相比，热固性塑料在几秒或几分钟内就能形成，这也节省了部分制造的能源和时间。

TenCate及其热塑性复合材料的未来是什么?你预见未来会有什么重大突破吗?

在工业界和航空航天界，热塑性复合材料都有大量的创新和投资。从电动汽车到所有复合材料机身，经济的许多方面都在发生变化，推动着从金属到复合材料的变化。在这种变化发生的地方，热塑性复合材料正在引领潮流。

随着热塑性复合材料从航空航天应用提升到工业应用，我们将看到热塑性塑料加工方面的持续突破，正如我们在热固性复合材料自动化方面所看到的那样，通过自动铺带和纤维铺设设备。这将进一步提高热塑性零件制造的经济性，并在应用方面实现新一轮的增长。2020欧洲杯下注官网

关于汤姆·史密斯和詹姆斯·蒙多

Tom Smith目前是TenCate高性能复合材料集团的总裁，主要专注于工业应用中的热塑性复合材料。Tom已经经营热塑性复合材料公司（PMC、Baycomp和PMC中国）超过15年。TenCate Performance Composites是材料和零部件制造技术发展的领导者，也是当今最大的零部件生产商之一。Tom向社区做了许多关于热塑性复合材料的演讲。欧洲杯足球竞彩

James Mondo博士目前是加利福尼亚州摩根山TenCate Advanced Composites的热塑性技术副总裁和热塑性复合材料产品经理。Jim监督热塑性单向预涂技术、新产品开发、航空航天和国防资格认证的进展，并作为主要热塑性复合材料组织的联络点。在加入TenCate之前，Jim是Automated Dynamics的总裁兼首席执行官，Automated Dynamics是热塑性和热固性自动纤维铺设设备的制造商，也是工业、石油和天然气应用热塑性复合材料结构的制造商。吉姆获得了博士学位。1982年毕业于耶鲁大学有机化学系2020欧洲杯下注官网