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      行業新聞

      熱塑性復合材料在下一代航空航天中的作用

          先進熱塑性復合材料作為未來航空航天應用的突出材料,目前正在引發航空航天制造商、設計師、組件生產商和成型加工商的一連串活動。有關航空航天用熱塑性復合材料的研發工作正在加快,更多涉及熱塑性復合材料的試驗正在進行中。

          一些新公司也正在進入市場,并從航空航天制造商那里獲得供應商資格,并加強現有的供應鏈。而使用熱塑性塑料的創新制造方法正在開發、改進和上線。所有這些跡象都表明,熱塑性材料在下一代商用飛機和相關應用中的應用將大大增加。

          熱塑性材料的生產、成型和制造的進步等因素,成為熱塑性材料獲得日益增長的主要因素。在一些航空航天應用中,這些材料比熱固性塑料和鋁等金屬具有明顯的優勢。它們還與航空航天制造業的新興趨勢相吻合,包括飛機組裝和生產速度加快、先進商用飛機設計的發展等。

          航空航天用熱塑性復合材料優勢分析 

          航空航天級熱塑性復合材料,如碳纖維增強聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)等,在現代航空航天領域的應用前景最為廣闊。熱塑性預浸料在主輥上生產,可以轉換成狹縫帶、短切纖維或其他形式。這些產品經過優化,可以實現高效率和日益精簡的零件生產。

          航空航天級熱塑性塑料具有輕質、耐高溫的性能,并具有很高的韌性和抗沖擊性。其他關鍵特征包括:

          低吸濕性

          優異的耐磨性

          優異的耐火焰/煙霧毒性

          揮發性化學物質的低排放

          低熱循環膨脹系數

          盡管熱固性塑料的供應鏈更加完善,而且作為航空航天結構件的應用歷史也更長,但最近的技術和工藝發展正在改善熱塑性材料的競爭格局。例如,制造商和精密成型加工商正在提高切割和轉換過程的精度,以生產更多種類的先進組件。

          熱塑性塑料和熱固性塑料具有相對相似的性能特征,但它們在加工和處理要求上有顯著差異。雖然熱塑性塑料比熱固性塑料需要更高的加工溫度,但它們可以在室溫下儲存,并且幾乎具有無限的保質期。

          相反,熱固性塑料在運輸和儲存時,必須在加工前進行冷凍和解凍,以保持其機械性能。熱固性材料規定的保質期、解凍和凍結所需的時間,以及跟蹤總冷凍時間和解凍時間的需要,所有這些加起來都是與熱塑性塑料無關的額外成本。

          熱塑性材料還有可回收利用的優點。與熱固性塑料不同,熱固性塑料在加工時會發生不可逆的化學反應,不能再熔化,熱塑性塑料在使用后可以再加工,從而使熱塑性樹脂和增強纖維可以回收或重新用于其他的應用。

          新一代航空航天級復合材料設計 

          先進的熱塑性復合材料為下一代飛機的設計者提供了一個擴展的材料工具箱。熱塑性塑料使飛機設計更具創造性和靈活性。它們可以形成復雜的輪廓和形狀,使飛機可以被塑造,而不是機械加工。熱塑性復合材料目前用于夾子和支架等半結構部件,但用于機身面板、機翼箱和縱梁等主要結構部件正在試驗中。

          下一代航空航天設計將需要更快的制造和裝配。熱塑性塑料零件的制造速度非常符合飛機制造商和設計師的預期需求??紤]使用自動纖維鋪放生產的機身部分的情況。如果零件由熱固性材料制成,則在疊層后必須使用高壓釜對零件進行加壓和固化。相比之下,熱塑性材料可以通過先進的熱處理進行加固,從而縮短飛機生產所需的制造時間。

          熱塑性材料的使用也有助于減少飛機的總部件數量。這種材料可以在不改變尺寸公差的情況下將相鄰零件焊接在一起,從而消除了對許多小緊固件的需要。

          衛星應用 

          除了商用飛機,熱塑性材料還可用于要求苛刻的衛星應用。在一個實際應用案例中,某公司向一家衛星制造商提供了一種熱塑性狹縫膠帶,其邊緣非常光滑,尺寸公差超出了行業標準,用于其專有工藝。

          熱塑性狹縫帶

          該部件重量輕,是運載火箭和有效載荷的理想選擇。一旦進入太空,它會在展開時保持其剛度。由于熱膨脹系數低,當衛星經歷熱循環時,材料在尺寸上保持穩定。

          生產加工的精確格式化 

          生產熱塑性部件的主要制造方法包括自動纖維鋪放/自動鋪帶(AFP/ATL)、連續壓縮成型、不連續壓縮成型和自動壓制/熱成型。每種方法都是為某些類型的航空航天部件而設計的,并且需要為此目的定制的預浸料。

          例如,連續壓縮成型需要在纏繞線軸或襯墊上放置定向材料,而AFP/ATL則使用狹縫膠帶。精密格式化程序可以提供轉換材料的精確水平,從而為航空航天制造商節省時間和成本。

          熱塑性狹縫膠帶(左)用于精密纖維鋪放制造工藝,而切碎的材料(右)用于不連續的壓縮成型應用

          即使熱塑性復合材料的加工和制造技術不斷發展和完善,但是熱固性材料和航空航天金屬的研究和開發仍在繼續,它們也在進行改進。因此,未來沒有任何一種材料將會在航空航天應用中占絕對主導地位,但考慮到先進的熱塑性塑料的許多優點,它們很可能在未來幾年發揮越來越重要的作用。

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