熱塑性復(fù)合材料預(yù)期未來(lái)光明，長(zhǎng)期以來(lái)，航空航天OEMs依賴熱固性碳纖維材料制造飛機(jī)的強(qiáng)度極高的復(fù)合結(jié)構(gòu)部件。如今，隨著技術(shù)進(jìn)步，這些OEMs開(kāi)始接受另一類碳纖維材料，這些技術(shù)進(jìn)步預(yù)示著可以自動(dòng)化生產(chǎn)新型非熱固性部件，且具有高產(chǎn)量、低成本和輕重量的特點(diǎn)。盡管熱塑性碳纖維復(fù)合材料“已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間”，但只是最近，航空制造商才考慮廣泛使用它們制造包括主要結(jié)構(gòu)組件在內(nèi)的飛機(jī)部件，柯林斯航空航天公司高級(jí)結(jié)構(gòu)部門的工程副總裁Stephane Dion說(shuō)道。熱塑性碳纖維復(fù)合材料相較于熱固性復(fù)合材料，為航空航天OEMs提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。但直到最近，制造商才能以高效率和低成本生產(chǎn)出熱塑性復(fù)合材料部件。在過(guò)去五年中，隨著碳纖維復(fù)合材料部件制造科學(xué)的發(fā)展，OEMs開(kāi)始超越從熱固性材料制造部件的范疇，首先使用樹(shù)脂灌注和樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑(RTM)技術(shù)制造飛機(jī)部件，然后采用熱塑性復(fù)合材料。GKN AeroSpace在其樹(shù)脂灌注和RTM技術(shù)開(kāi)發(fā)上投入巨資，以實(shí)現(xiàn)大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件的高效率和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)。根據(jù)GKN AeroSpace Horizon 3先進(jìn)技術(shù)計(jì)劃的技術(shù)副總裁Max Brown的說(shuō)法，GKN現(xiàn)在使用樹(shù)脂灌注制造方法生產(chǎn)出17米長(zhǎng)的單片復(fù)合材料機(jī)翼梁。Dion表示，過(guò)去幾年中，OEMs在復(fù)合材料制造上的大量投資還包括戰(zhàn)略性地開(kāi)發(fā)高容量生產(chǎn)熱塑性部件的能力。

熱固性和熱塑性材料之間最顯著的區(qū)別在于熱固性材料在成型成部件之前必須冷藏，一旦成型，熱固性部件必須在高壓釜中固化數(shù)小時(shí)。這些過(guò)程需要大量的能量和時(shí)間，因此熱固性部件的生產(chǎn)成本往往保持在高水平。固化改變了熱固性復(fù)合材料的分子結(jié)構(gòu)，使其不可逆，從而賦予部件強(qiáng)度。然而，在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展階段，固化也使得部件中的材料不適合再次用于主要結(jié)構(gòu)組件。

然而，Dion指出，熱塑性材料制成部件時(shí)不需要冷藏或烘烤。它們可以被壓成簡(jiǎn)單部件的最終形狀——空客A350機(jī)身框架的每一個(gè)支架都是熱塑性復(fù)合材料部件——或更復(fù)雜組件的中間階段。熱塑性材料可以通過(guò)各種方式焊接在一起，允許從簡(jiǎn)單的子結(jié)構(gòu)制造出復(fù)雜、高度成形的部件。Dion表示，今天主要使用感應(yīng)焊接，它只允許從子部件制造出平面、厚度恒定的部件。然而，柯林斯正在開(kāi)發(fā)用于連接熱塑性部件的振動(dòng)和摩擦焊接技術(shù)，一旦認(rèn)證，它預(yù)計(jì)最終將能夠生產(chǎn)“真正先進(jìn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)”。通過(guò)焊接熱塑性材料來(lái)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力，使制造商可以摒棄熱固性部件所需的金屬螺釘、緊固件和鉸鏈來(lái)進(jìn)行連接和折疊，據(jù)Brown估計(jì)，這樣可以帶來(lái)大約10%的重量減輕優(yōu)勢(shì)。

據(jù)海外研究機(jī)構(gòu)分析到2030年，熱塑性復(fù)合材料的全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到460億美元。2022年，該市場(chǎng)的估計(jì)規(guī)模為263億美元，預(yù)計(jì)在2022-2030年的分析期間以7.2%的年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)。報(bào)告分析的一個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，短纖維熱塑性(SFT)復(fù)合材料，預(yù)計(jì)將以6.9%的CAGR增長(zhǎng)，并在分析期末達(dá)到257億美元。長(zhǎng)纖維熱塑性(LFT)細(xì)分市場(chǎng)的增長(zhǎng)在未來(lái)8年的預(yù)測(cè)期內(nèi)估計(jì)為8%的CAGR。

在國(guó)際上，熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域正在經(jīng)歷顯著的發(fā)展和增長(zhǎng)。例如，GKN在荷蘭Papendrecht生產(chǎn)的翼尾部包含了熱塑性方向舵和升降舵，體現(xiàn)了這些材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用潛力 [進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步，如高容量制造和熱塑性碳纖維部件的焊接，激勵(lì)了原始設(shè)備制造商(OEMs)對(duì)這種材料的更多應(yīng)用進(jìn)行研究。市場(chǎng)研究表明，熱塑性復(fù)合材料的全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2022年的260億美元增長(zhǎng)到2030年的460億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為7.2% 這一增長(zhǎng)受到多個(gè)因素的驅(qū)動(dòng)，包括汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)輕質(zhì)熱塑性復(fù)合材料需求的增加，電動(dòng)車(EVS)生產(chǎn)和采納的提升，以及航空業(yè)的穩(wěn)步復(fù)蘇。熱塑性復(fù)合材料因其在重量和燃料成本減少方面的優(yōu)勢(shì)，以及在建筑和建材、消費(fèi)電子產(chǎn)品、風(fēng)能和軍事航空等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，成為多個(gè)行業(yè)的首選材料。此外，隨著對(duì)環(huán)境友好和可持續(xù)材料需求的增加，熱塑性復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用也在向更加環(huán)保和可回收的方向發(fā)展。持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用拓展表明，熱塑性復(fù)合材料在未來(lái)幾年內(nèi)將持續(xù)在全球市場(chǎng)上擴(kuò)大其影響力。

此文由中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)搜集整理編譯，部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)資料。文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請(qǐng)注明出處。