熱塑性復(fù)合材料（TPC）在商用飛機(jī)和其他航空航天應(yīng)用中的使用勢頭越來越猛，包括電動垂直起降飛機(jī)（eVTOL）。TPC曾經(jīng)被認(rèn)為對于小型部件以外的應(yīng)用來說過于昂貴。現(xiàn)在，材料和加工工藝的進(jìn)步正在推動TPC成為航空航天業(yè)的焦點(diǎn)。

在越來越多的航空航天應(yīng)用中，TPC正在取代熱固性復(fù)合材料（TS）和金屬材料，因為根據(jù)不同的應(yīng)用，TPC部件和零件更輕、更耐用、加工效率更高。TPC的特性也打開了TS或金屬不可能或不容易實現(xiàn)的設(shè)計和制造選項。

從環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的角度來看，TPC部件和結(jié)構(gòu)的重量更輕，有助于飛機(jī)原始設(shè)備制造商（OEM）減少飛機(jī)燃料消耗和排放。重量的減少是巨大的--在某些情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2,000磅。此外，TPC可以很容易地被回收和再利用，而TS的回收，如熱解，是一個復(fù)雜和能源密集的過程。

TS部件通常必須在高壓釜中固化。TPC可以在裝配過程中進(jìn)行原位固化。新的自動纖維放置（AFP）和自動鋪帶（ATL）設(shè)備包括激光頭，可以在纖維或帶子鋪設(shè)時立即固化TPC。TPC還與壓縮成型、連續(xù)壓縮成型、編織和3D打印制造方法兼容。在許多應(yīng)用中，在TPC經(jīng)歷了這些過程之后，除了一些最終的修剪之外，幾乎不需要任何后期處理。

TPC為飛機(jī)部件和結(jié)構(gòu)的制造打開了大門，使之可以用更少的整體部件和步驟。例如，傳統(tǒng)上通過將兩個或三個部件固定在一起的部件，現(xiàn)在可能是一個單一的、焊接的TPC部件，反過來，現(xiàn)在可以被焊接到飛機(jī)上。這意味著有更少的材料浪費(fèi)，提高了購買與飛行的比率。

TPC比TS和一些金屬貴得多，但由于TPC加工設(shè)備的進(jìn)步，現(xiàn)在使用它們的經(jīng)濟(jì)模式是合理的。有了這種自動化設(shè)備，TPC部件的制造比TS的生產(chǎn)過程要快得多，也更有效率。焊接TPC的能力對它們的日益采用很重要。當(dāng)原始設(shè)備制造商能夠焊接TPC部件，而不是用緊固件、粘合劑和支架連接部件時，他們可以節(jié)省重量和制造步驟。此外，可焊性有利于模塊化的裝配過程。

例如，飛機(jī)的不同部件和子系統(tǒng)可以由場外供應(yīng)商制造，然后焊接到機(jī)身上。這種方法通常用于汽車行業(yè)，以其模塊化制造的效率而聞名。相比之下，今天大多數(shù)商用飛機(jī)的制造周期非常長。

總而言之，隨著TPC的更多使用，原始設(shè)備制造商可以體驗到20%或更多的重量節(jié)省。如果考慮到制造的總成本，成品的成本可以降低30%到40%。

特別是，高壓釜外復(fù)合加工的前景對原始設(shè)備制造商很有吸引力，因為高壓釜循環(huán)需要時間、能源和資本資源。在等待部件完成高壓釜固化的過程中，幾個小時就會形成瓶頸。此外，TS預(yù)浸料需要冷藏，即使保持低溫，其保質(zhì)期也比可在室溫下儲存的TPC短得多。TS預(yù)浸料需要冷藏，這給OEM及其供應(yīng)鏈的管理帶來了物流方面的挑戰(zhàn)。

TPC在商用飛機(jī)上的新應(yīng)用包括翼梁、縱梁、機(jī)艙和尾翼等等。歐盟的清潔天空計劃通過其多功能機(jī)身演示器（MFFD）項目取得了巨大的TPC進(jìn)展。在一篇關(guān)于MFFD的文章中，"清潔天空計劃 "表述：該項目成功的關(guān)鍵是復(fù)合熱塑性塑料能在多大程度上被證明適用于統(tǒng)一系統(tǒng)、機(jī)艙和機(jī)身的功能。

TS密集型飛機(jī)是由內(nèi)而外建造的，這限制了OEM在如何隨著時間的推移裝備飛機(jī)內(nèi)部的靈活性。但TPC密集型飛機(jī)是由外向內(nèi)建造的，使OEM在如何建造和完成飛機(jī)內(nèi)部方面有更大的控制和選擇。有了更多的模塊化設(shè)計形式，如果航空公司希望改變機(jī)艙元素，將有可能適應(yīng)和修改機(jī)艙內(nèi)飾。

除了模塊化設(shè)計選項，TPC為創(chuàng)建輪廓設(shè)計和復(fù)雜形狀提供了靈活性。TPC比金屬更容易彎曲，使其成為大半徑的圓形或管狀結(jié)構(gòu)的理想選擇。例如，大河公司將TPC用于勞斯萊斯超跑發(fā)動機(jī)的大型進(jìn)氣隔板。該隔板周長數(shù)米，被設(shè)計為分四部分組裝。在關(guān)于這個項目的一篇博文中，Daher提到了TPC如何幫助解決航空工業(yè)的 "雙重困境" - 環(huán)境和競爭力。

TPC有可能成為新的空白飛機(jī)項目的主要材料選擇。對于這些項目，原始設(shè)備制造商在他們所選擇的材料和加工路徑方面有一個干凈的石板。這是一個建立專門為高效TPC模塊化裝配設(shè)計的新生產(chǎn)線的機(jī)會。

TPC也在eVTOL飛機(jī)上越來越受歡迎。這些飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)模式要求它們的制造速度比大型商用飛機(jī)快得多，成本也低。如果他們受到高壓滅菌器和冰柜容量的限制，eVTOL OEMs不太可能成功地擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。相反，他們需要的是在幾秒鐘內(nèi)完成飛機(jī)部件的材料和制造工藝，而不是幾小時。

TPC特別適合用于eVTOL飛機(jī)的螺旋槳葉片。TPC材料賦予葉片以韌性和抗損傷性，使其能夠承受巨大的壓力。eVTOL飛機(jī)有許多螺旋槳葉片，因此葉片的耐久性對OEMs提供給客戶的整體價值主張非常重要。葉片越堅韌，其壽命就越長。

一些原始設(shè)備制造商正在考慮將TPC用于航天器運(yùn)載工具，但需要進(jìn)行更多的測試，以檢查TPC在極端溫度波動中保持的穩(wěn)定性，以及它們在承受流星碎片的潛在撞擊方面的耐用性。

在航空航天工業(yè)中，變化不會在一夜之間發(fā)生。安全標(biāo)準(zhǔn)要求對材料和工藝進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗證。許多TS材料在航空航天領(lǐng)域有著悠久的應(yīng)用歷史，已經(jīng)被許多OEM廠商認(rèn)可，并由國家先進(jìn)材料性能中心（NCAMP）認(rèn)證。在認(rèn)證方面，TPC仍然是一個新的孩子。截至目前，只有一種TPC獲得了NCAMP的認(rèn)證。其他的則是由個別OEM廠商為特定的應(yīng)用進(jìn)行認(rèn)證。

與TS供應(yīng)相比，TPC供應(yīng)相對不成熟。隨著更多TPC的開發(fā)和NCAMP的認(rèn)證，TPC的采用有望起飛。有了NCAMP認(rèn)證，TPC材料的使用就有了一個開放源碼的驗證。TPC組件供應(yīng)商將可以自由地與各種OEM廠商合作，而不僅僅是最大的廠商。

同樣重要的是，要確保材料的格式規(guī)范是針對TPC的特殊細(xì)微差別和性能特點(diǎn)而制定的。例如，有經(jīng)驗的TPC制版人知道在分切帶規(guī)格中應(yīng)包括哪些公差，甚至是分切帶將在哪臺機(jī)器上運(yùn)行。模板制作者還可以與TPC上游材料供應(yīng)商合作，了解什么樣的卷長和寬度最適合某種應(yīng)用。無論材料是需要切碎用于壓縮成型工藝，還是需要切成超薄膠帶用于增材制造工藝，成型者都可以根據(jù)所需的最終用途定制TPC。

隨著新的TPC材料、加工設(shè)備和焊接技術(shù)的進(jìn)步，飛機(jī)OEM廠商在設(shè)計和制造創(chuàng)新方面有了大量的新機(jī)會。下一代飛機(jī)有望變得更輕、更環(huán)保、更高效，這在很大程度上得益于TPC的發(fā)展。