超过十五年，飞机制造商利用了热塑性复合材料，其韧性和耐久性作为结构复合材料。航空航天设计允许数据库可用于商业和军队的应用。
大多数体积应用都是在商业领域，其中结构应用从发动机吊架门到前缘、横梁和托架不等。应用范围广泛，从头顶的行李架和内部厨房，到飞机发动机短舱的声音抑制系统。
图像信用：Toray高级复合材料
整车厂最近对热塑性塑料表现出了越来越大的兴趣。而选择a的原因有很多热塑性复合材料在美国，一些关键要求助长了这一趋势。
首先，由于自动化解决方案，可以生产具有非常低的空隙含量的热塑性结构，而无需使用高压灭菌和非常低的空隙热塑性嵌入式的生产。
自动化动力、ACMapp亚博体育/Experion、Fiberforge和Cutting Dynamics等部件和设备供应商已经生产出独特的机器技术，以优化热塑性复合材料部件的制造。
其次，由于热塑性塑料具有通过感应或电阻焊接方法进行熔焊的能力，这是通过消除紧固件来减少重量和成本的有效手段。
湾流公司通过福克航空结构公司(Fokker Aerostructures)使用感应焊接技术为G650公务机生产机尾总成。与热固性复合材料结构相比，该结构的成本降低了20%，重量降低了10%。
最后，复合机身的变化导致了金属结构支架的去除和电流腐蚀的相应影响。热塑性复合材料具有卓越的阻燃性和结构特征。热塑性塑料还引入经济高效的技术（热成型或压缩成型），用于生产各种金属支架。
大多数新的自动化解决方案要求低空隙率热塑性预浸料和非常高的一致性。亚博网站下载低空洞内容磁带有利于高效制造自动化磁带解决方案。在这一过程中，具有亚博网站下载固有的低孔隙含量和浸渍良好的丝束的起始材料是最受青睐的。
本文概述了今天在航空航天中使用的材料形式和材料，重点是所采用的制造技术。亚博网站下载
聚合物技术
半晶和非晶是热塑性聚合物的两种类型。
无定形热塑性塑料不形成晶体结构。在玻璃化转变温度(Tg)以下，聚合物分子为固体。聚合物可以在高于Tg的温度下成型，因为有足够的能量使分子相互移动。
与半晶体聚合物相比，非晶态热塑性聚合物通常可以在更接近其Tg的温度下成型。无定形热塑性塑料的一个限制是它们对特定溶剂的抵抗力较差。
半结晶聚合物具有非晶态区域和聚合物紧密堆积在晶格中的区域。零件形成过程中采用的冷却速度和聚合物类型都影响个别零件的结晶度。
半晶聚合物有一个熔体温度(Tm)和一个Tg，其中非晶相有足够的能量开始移动。熔体温度是晶体结构变质的温度。
目前，复合材料中使用的主要热塑性塑料包括:
- 聚醚酮酮(PEKK) -半结晶
- 聚醚 - 醚 - 酮（PEEK） - 半晶
- 聚苯基硫醚（PPS） - 半晶
- 尼龙 - 无定形或半晶
- 聚醚 - 酰亚胺（PEI） - 无定形
材料的形式
热塑性塑料中的材料形式有三种类型。第一类是利用具有包含在织物内的热塑性树脂的常见玻璃纤维织造或碳材料的织物预浸料。
这些材料略微亚博网站下载适匀，可以覆盖。它们主要用于非常大，连续的结构，例如尾电梯，襟翼和领先的边缘等。术语“半导体”通常用于这些材料，因为树脂主要在织物表面上，并且在高温高压釜中发生浸渍过程。亚博网站下载
Toray Advanced Composites提供一系列材料在CETEX下亚博网站下载®使用玻璃纤维或碳织物的品牌名称，具有各种树脂，如PEEK，PEI，PA和PPS树脂。
第二类是增强热塑性层压材料，其与织物预浸料有关。这些材料是由亚博网站下载多尺寸的层压板提供，其中一至二十层，从长达12英尺的长度为4英尺宽。将RTL层压板经受高温和高压热成型程序，以获得强粘度热塑性树脂的强纤维束浸渍。
RTL层压板使用户能够直接移动到短循环热成型过程以创建该部件。在陶瓷加热器（分钟）下，可以快速加热层压材料，然后移动到热成型压力机，其中可以在五分钟内产生（肋加强筋）的复杂部分。
OEM通常用多种不同的面料、树脂形式和取向来概述其规格，使用户可以根据类别、等级、取向和树脂来参考。东丽高级复合材料公司称这些材料为Cetex亚博网站下载®RTL RTL表示增强热塑性层压板。
热塑性核糖是第三种材料形式，通常从1/8英寸狭缝带（或切碎的模塑化合物等级）的宽度范围宽至6至12英寸。这种材料形式的优点是使用纤维放置设备和自动胶带铺设的能力以获得最佳效率。app亚博体育
通过连续压缩成型，胶带铺设或纤维胶带放置（原位）提供更大范围的自动化解决方案。Toray Advanced Composites在品牌名称的CETEX下提供这些产品®热Lite”。
今天热塑性复合材料的状态
热塑性复合材料已经有效地应用了几十年。热塑性塑料有多种好处:
- 能够利用短循环时间热成型部件制造技术。
- 强烈损害抗性和韧性。
- 水分吸收低。
- 在室温下存储，这使得生产更大的结构不受超时限制。
- 零件可以重新成型。
- 阻燃。
- 部分制造替代品存在，从而消除了高压釜的使用。
- 非常低的空隙含量。
热塑性复合材料与热固性度相比的一些局限性是：
- 与热固性集比原料的初始成本更高。亚博网站下载
- 加工温度较高。
- 加工成本通常较高。
- 传统的部分制造商可能是不熟悉的现代热塑性复合处理技术。
如果零件内存存在小缺陷，则在结构应用中使用复合材料的风险是其对裂纹传播的抵抗力，并且在没有冲击时吸收能量的能力而不会破裂。
与热固性塑料相比，热塑性塑料通常具有更高的韧性。这是一个额外的好处，因为即使存在内部损伤，复合材料通常也不会显示表面损伤。
对于复合材料，当内部发生开裂时，表面可以保持不变。因此，基体系统具有抗裂纹增长的能力，并且不容易受到损伤，这是一个主要的好处。
在典型的航空航天试验中，已证明热塑性塑料表现出更高程度的韧性，例如在测试在I型(开启模式)和II型(滑动模式)和冲击试验后压缩模式下裂纹扩展所需的能量时。
室温存储-预浸料可以在室温下保存，不会发生性能退化，因为与热塑性复合材料不存在化学反应。
这消除了冷库运输和冷库的要求，使物流使用热固性复合材料更复杂。随着时间的推移不是考虑，也可以使用更复杂的部分。
关于-形成-热塑性树脂可以多次冷却和加热而亚博网站下载不影响其性能，因此热塑性材料可以重新形成。使用后的零件可以被分解，用作替代工艺的原料，如压缩成型或注射成型。亚博网站下载
更高的加工温度- 使用热塑性复合材料时，一个问题是要求在明显高于玻璃化转变温度的温度下加工聚合物。
玻璃化转变温度通常被视为聚合物的使用温度。下表提供了各种热塑性聚合物的玻璃化转变温度和工艺温度的概述。
表1。在复合材料中使用的热塑性聚合物。来源：Toray高级复合材料
| 聚合物 |
Tg |
工艺温度 |
形态学 |
| 偷看 |
290°F（143°C） |
715°- 740°f(380°- 395°c) |
半晶 |
| 裴 |
423°F(217°C) |
575° - 625°F（300° - 330°C） |
无定形 |
| PPS. |
192°F（89°C） |
550° - 620°F（290° - 325°C） |
半晶 |
| 戳 |
312°F(156°C) |
645°- 690°f(340°- 365°c) |
半晶 |
| 尼龙 - 11. |
108°F（42°C） |
360°- 400°f(180°- 205°c) |
半晶 |
| 尼龙- 6 |
116°F（47°C） |
415°- 450°f(210°- 230°c) |
半晶 |
工具- 金属工具通常用于热塑性件，因为所需的加工温度较高，在一些成形程序中采用的较高压力。
虽然工具的初始费用可以更高，但铝制工具可用于原型出现目的，这有助于减少交货时间和费用。对于生产应用，通常建议使用钢材工具。
与热塑性塑料相关的其他考虑因素
与半结晶热塑性聚合物有关的新因素之一是结晶度的水平和这种影响性质的程度。幸运的是，常用的分析设备如DSC（差示扫描量热计）可以用于容易地量化结晶度。app亚博体育
对于大多数热塑性塑料，当结晶度较低时，复合材料会更坚硬，但这也增加了其对溶剂的脆弱性。在许多工程热塑性塑料中可以看到高效的结晶速率。这意味着，在典型的制造过程中，零件的结晶度变化很小。
具有任何复合结构的另一个关键因素是如何连接到其他结构元件。类似于热固性复合材料，可以粘合热塑性塑料，但也可以采用一系列焊接过程。
为了焊接结构，必须将粘合线加热到加工温度以软化材料。为了避免分层，必须采取措施确保在任何加热区域保持压力。热可以通过许多不同的方法施加，如电阻、感应、摩擦、超声波和激光。
制造工艺
自动化过程中的新发展正在降低制造热塑性部件的成本。这些发展解决了复合行业的需求，以降低复合部件的加工成本。
由于热塑性塑料的性质，目前有许多这些技术可以有效地和成本有效地生产部件。热塑性塑料在加工温度下迅速形成。
由于没有包括化学反应，因此标准的热塑性固结循环要求材料保持在加工温度，直到完整部分达到加工温度。
压力机可用于形成多个热塑性塑料，以具有高效循环时间的形状。不同公司生产的几种自动化流程以优化热塑性零件的质量和制造速度。下面概述了最广泛的技术。
自动光纤放置和磁带放置
组织正在使用狭缝带和热塑性复合拖带，用于生产零件。在温度和压力下，将胶带放在工具或心轴上，该压力在放置过程中整合材料，这意味着不需要额外的处理。
自动化的动态。图像信用：Toray高级复合材料
缆线。图像信用：Toray高级复合材料
随着该过程的较低压力相对较低，在该过程中使用的核糖部分具有非常低的空隙含量至关重要。
东丽先进复合材料所采用的制造热塑性单体的技术固有地提供了优良的聚合物分布和低空隙含量。下面的显微照片显示了在非常低的压力下制作热塑性单层压板的过程。
图1。横截面照片显示Toray Advanced Composites的TC1200 Peek Unitape层叠层。注意碳纤维丝束周围的均匀树脂分布和层压板中的低空隙含量。图像信用：Toray高级复合材料
热成型
热塑性复合材料的热成型类似于通常用于非增强塑料的热成型过程。
将固结的热塑性层压板加热到加工温度，通常利用烯烃加热器需要几秒钟即可将部件加热到所需温度。这将移动到冲压站，其中采用雌性和阳性模具进行部分形成。部件形成过程的总持续时间通常小于五分钟。
机器人奠定了应承担的
机器可用于在设计中规定的纤维方向上有效地放下热塑性胶带。局部加热源用于将帘布层放在一起。然后将随后的坯料压制成固结并热成型成份。
ACM / Experion。图像信用：Toray高级复合材料
连续压缩成型(CCM)
连铸机是一种半连续、自动化的制造技术热塑性复合材料并创造出几乎无限长度的平板或高度形状的型材。
概括
结构复合材料领域有几种材料选项。复合材料行业目前专注于发现具有成本效益的制造方法，以帮助降低零件的总成本。关键焦点是朝向制造不包括高压釜的过程的部件。
用热塑性聚合物增强的复合材料为制造工程师和设计师提供了一系列不同的过程，在这些过程中，部件可以可靠和快速地生产。
热塑性复合材料具有优越的韧性、室温储存、几乎无限的保质期、使用焊接结合结构的能力以及自动化的现代发展，将继续在越来越多的应用领域得到应用。
致谢
由Tanay Advance亚博网站下载d Composites的Dan Leeer最初撰写的材料生产。
此信息已采购，从Toray先进复合材料提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问东丽先进复合材料。