航空航天工业中的热塑性塑料

AZoM与TenCate的Tom Smith和James Mondo探讨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纤维增强复合材料的各种应用——您能告诉我们什么是热塑性塑料，以及它们与什么纤维一起用于生产复合材料吗?

热塑性树脂与热固性树脂（例如）的不同之处不同，即可以多次重新形成到所需形状。另一方面，热固性复合材料（即环氧树脂）在固化后永久锁定到位。

一旦它们固化，就无法重新形成或重新形成。然而，可以重新加热热塑性复合材料，并且一旦它高于其软化温度，就可以重新形成。这种特性还提供了一种零件制造商，具有使用快速循环时间来加热热塑性复合材料的零件制造商，形成其，在几秒钟或分钟内以几秒钟或分钟形状，使其将采用热固性来固化。

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。在单体形式中，高级热塑性单体以标准模量或中间模量提供。织物是相同的，例如平纹或5束，在玻璃方面，通常S-2玻璃用于unitapes，或7781玻璃纤维织物。对于工业应用，成本较低的碳纤维也可以像热固性材料一样使用。

TenCate处于热塑性复合材料创新的前沿——在过去的几十年里，您如何看待热塑性塑料使用的增长?

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。

这一增长的一些主要原因是什么？例如，与热固性对应物相比，它们的一些优点是什么？

热塑性复合材料通过其热固性对应物提供许多优点：

• 固有阻燃性(PEEK、PPS、PEI)
• 高冲击韧性
• 低吸湿性
• 能够无限期地在室温下储存
• 250-300°F(121-177°C)的工作温度可与典型的环氧热固性复合材料媲美
• 能够使用熔融焊接技术，如感应或电阻焊接，消除机械紧固件和二次粘合剂。节省重量和成本。
• 非常快的部分形成周期时间，即秒和分钟vs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。

由于其高表面质量，抗冲击性和UL火焰RET Ardency，在电子外壳应用中找到聚碳酸酯和聚碳酸酯/ ABS混合物。高密度聚乙烯通常与玻璃或碳纤维一起使用，其中管材包裹在油气和气体中的应用。

热塑性复合材料的主要工业应用是什么?

热塑性复合材料既用于高端应用，如飞机部件，也用于大批量应用，如鞋类和矫形器。

石油和天然气应用使用高端热塑性塑料，因为它们具有抗腐蚀和耐高温的能力，用于海底石油钻井脐带缆的井下应用。此外，高密度聚乙烯高级复合材料被用作管道的外包层，提供额外的加强强度，同时提供持久的耐腐蚀外层。

新兴的应用包括用于智能手机、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，同时保持所需的刚性，以保护设备免受损坏。此外，二次工艺，如注塑成型可以用来形成细节剪辑和支架所需的设备细节。

汽车和其他运输应用正在寻找热塑性和热固性形式的先进复合材料，以减轻重量，尤其是混合体和电池供电的车辆，其中轻量化允许车辆的范围增加。

热塑性复合材料具有优于热固性复合材料，因为它们在高容量应用中加工以及它们的耐用性和强度。

专注于航空航天工业，为什么热塑性复合材料现在如此普遍，它们对更多传统材料有什么好处？亚博网站下载

随着航空航天行业移动到复合机身和翼，持有内部主要组件的许多结构铝夹和支架都改变为热塑性复合材料。热塑性复合材料提供强度，耐火和电流耐腐蚀性的组合，可提供重量和过程节省。

使用包括飞机的主要部分的热塑性复合材料，存在各种联盟集中在大型结构的组装中。热塑性塑料的无限架子稳定性消除了耗尽时间的限制以及对热固性技术的正常部分的冷藏储存的需求。

热塑性复合材料可适应各种工艺，从快速热成型和压成型到传统的高压釜加工和胶带和纤维放置技术。热塑性塑料是可回收的，如果不按原来的规格制作，可以重新成型。

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。

不同的航空航天环境当然需要不同的复合物质。热塑性复合材料之间的一些组成差是在飞机的内部和外部使用的？

典型的半结晶聚合物，如PEEK, PEKK和PPS，由于其固有的耐溶剂性，被用于飞机的外部。PEI和聚碳酸酯(用于更具有成本竞争力的应用)更常用于内饰，因为它们是阻燃剂，但不一定能抵抗飞机外部和发动机使用的一些苛刻溶剂。PEI非常坚固耐用，具有很高的耐热性，可以在厨房和储物箱中找到，而聚碳酸酯将更具有成本竞争力，用于二级室内结构，如窗帘、托盘、手推车和装饰衬垫和窗框。

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可以提供多种颜色的热塑性塑料，从天然到白色到灰色。我们提供三种标准的表面纹理粗糙，拉丝和光滑。粗糙的表面更多地充当蜂窝和皮肤之间的粘结层，而刷过的或光滑的表面用于内部。

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内在好处是它们能够在几分钟甚至几秒钟内快速成型，这取决于部件。这是一个重要的特点在工业应用，期望非常快的周期时间。如果一个零件没有精确地成形成所需的形状，则可以对该零件进行再加工，并将其重新成形成消除了废料和浪费的适当形状。TenCate Cetex热塑性复合材料的产品形式之一是增强热塑性层合板(RTL)。

在这种形式中，Tencate制造了四个脚12英尺的层压板，并且在25层的两层中，各个尺寸为客户的规格。该层压材料在高压和温度下固结，使得树脂完全包封了每种纤维。然后通过非破坏性检查检查层压板，并以相同的认证方式，对复合典型部分进行检查和认证。该RTL产品形式允许用户将其部分秒和分钟的分号赋予所需的形状。

对于具有不同截面和整体肋的更复杂形状，TenCate已经开发了使用短切碳热塑性单体的热塑性大块模塑化合物。此外，对于那些更喜欢最终部件的用户，TenCate已经开发了可部署的工具、制造和部件设计专业知识，或者TenCate可以与客户和供应商合作，交付大批量部件的交钥匙制造。

你能告诉我们更多关于在TenCate Cetex®热塑性塑料系列中使用的不同树脂类型吗?

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

您能否告诉我们最近的成功故事涉及CETEX®系列？

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- Fokker Aerostructures使用TenCate Cetex热塑性塑料制造了第一架全热塑性水平复合尾翼。水平尾翼的全面开发始于2011年7月。到2012年底，四架AW169直升机已经配备了新的水平尾翼。AW169水平尾翼长度为3米，从头到尾跨度为3米。重量减轻是通过热塑性材料的刚度实现的。Fokker设计并开发了这种集成解决方案，作为一个共同巩固的单片扭转盒。

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，热塑性塑料允许室温储存无限制，这最小化了任何需求的需求，需要冷藏储存和发货，并且当然可以以几秒钟或分钟为单位或几分钟的能力与热固性集中的多小时高压循环，这也可以节省能量和时间制造。

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?

在工业和航空航天领域，有大量的创新和投资指向热塑性复合材料。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，这推动了从金属到复合材料的变化，而在这方面，热塑性复合材料处于领先地位。

随着热塑性复合材料从航空航天提升到工业应用，我们将看到热塑性塑料加工方面的持续突破，就像我们看到的热固性复合材料的自动化，通过自动化胶带铺设和纤维铺设设备。app亚博体育这将进一步提高热塑性零件制造的经济性，并使其应用领域出现新一轮的增长。

关于汤姆·史密斯和詹姆斯·蒙多

Tom Smith现任TenCate高性能复合材料集团总裁，主要专注于工业应用中的热塑性复合材料。Tom已经在热塑性复合材料公司(PMC, Baycomp和PMC China)工作超过15年。TenCate Performance Composites是材料和部件制造技术开发的领导者，也是当今最大的部件批量生产商之一。亚博网站下载汤姆已经给社区做了很多关于热塑性复合材料的报告。

James Mondo博士目前是TenCate Advanced Composites(位于加州摩根山)的热塑性技术副总裁和热塑性复合材料产品经理。Jim监督热塑性单向预浸技术、新产品开发、航空航天和国防资质的发展。并作为关键热塑性复合材料组织的接触点。在加入TenCate之前，Jim是Automated Dynamics公司的总统和首席执行官，该公司是一家热塑性塑料和热固性自动纤维放置设备的制造商，也是一家用于工业、石油和天然气应用的热塑性复合结构制造商。app亚博体育吉姆于1982年获得耶鲁大学有机化学博士学位