在 20 世紀(jì) 60 年代后期以及整個(gè) 1970 年代和 1980 年代，熱塑性膠帶被用于制造各種復(fù)合材料部件和結(jié)構(gòu)，特別是在軍事和國(guó)防應(yīng)用中。?不難看出熱塑性膠帶的吸引力。作為 UD帶，它們可以應(yīng)用于許多受力結(jié)構(gòu)，它們是可熔融加工的，并且可以通過壓模成型（即熱壓罐外）或壓縮成型（圖 1 和圖 2）輕松快速地進(jìn)行固結(jié)。它們提供了熱固性材料無(wú)法比擬的韌性，而且與熱固性預(yù)浸料不同，它們可以在室溫下無(wú)限期儲(chǔ)存。?
圖 1：CFRTP：從支架到大零件?
該夾子由 TenCate 提供的編織碳纖維熱塑性材料模壓而成，象征著該材料在航空航天應(yīng)用中的潛力。現(xiàn)在正在努力將增強(qiáng)熱塑性塑料用于大型、重載的航空結(jié)構(gòu)。
資料來(lái)源：TenCate Advanced Composites
圖 2：可行的工藝：沖壓成型/模壓成型大多數(shù)用熱塑性膠帶制成的零件都是使用沖壓成型或壓縮成型制造的，這提供了相對(duì)較短的循環(huán)時(shí)間。此外，熱塑性塑料可以焊接，從而簡(jiǎn)化并加快組裝速度。航空航天應(yīng)用中最常用的熱塑性塑料是 PEEK 和 PEKK。?
資料來(lái)源：Tri-Mack 塑料
然而，隨著 20世紀(jì)90 年代國(guó)防開支的減少，尤其是在美國(guó)，人們對(duì)熱塑性膠帶的興趣和應(yīng)用也隨之減少。杜邦（DuPont）、菲利普斯石油（Phillips Petroleum）、埃克森美孚（Exxon Mobil）、巴斯夫（BASF）和帝國(guó)化學(xué)工業(yè) (ICI) 等曾在熱塑性塑料膠帶開發(fā)方面投入巨資的供應(yīng)商退出了該業(yè)務(wù)。這并不是說(shuō)熱塑性塑料膠帶的開發(fā)停止了，而是在熱固性復(fù)合材料（包括熱固性膠帶）的開發(fā)正在加速的時(shí)候，熱塑性材料帶的發(fā)展明顯放緩。這最終導(dǎo)致后者在波音 787、空客 A350 XWB 和其他商用飛機(jī)的大型航空結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。快進(jìn)到 2018 年。商業(yè)航空航天界正在展望未來(lái)，下一個(gè)預(yù)計(jì)將消耗大量復(fù)合材料的大型飛機(jī)項(xiàng)目很可能是波音公司的新中型?(MOM-middle of the market) 飛機(jī)，旨在取代其 757。波音 737 和空中客車 A320 的重新設(shè)計(jì)也即將到來(lái)，這些窄體飛機(jī)是全球商業(yè)航空業(yè)的支柱。?在 787 和 A350 XWB 上使用復(fù)合材料的材料和工藝經(jīng)濟(jì)性與 MOM、737 和 A320 不同。最大的區(qū)別是速度。尤其是 737 和 A320，它們是商業(yè)航空領(lǐng)域目前最接近商品的產(chǎn)品，這意味著它們的制造速度越快，原始設(shè)備制造商的利潤(rùn)就越高。737 和 A320（以及任何替代它們的機(jī)型）的目標(biāo)產(chǎn)量是每月 60 架或更多，即每天兩架飛機(jī)。在熱壓罐中固化的熱固性復(fù)合材料目前不太適合這種高容量需求。這就是熱塑性膠帶重返制造業(yè)的原因，它們具有熱固性材料無(wú)法比擬的循環(huán)時(shí)間、材料儲(chǔ)存、韌性和可回收性優(yōu)勢(shì)。?如今，它們已被用于制造更小的零件和子結(jié)構(gòu)，包括用于將機(jī)身蒙皮連接到桁條和框架的角片和支架。它們被用于小型飛機(jī)的許多結(jié)構(gòu)，包括尾翼、機(jī)翼和公務(wù)機(jī)的其他部件。此外，由于熱塑性塑料的韌性和耐腐蝕性，石油和天然氣行業(yè)已經(jīng)接受了熱塑性材料，汽車行業(yè)也被其對(duì)大批量制造和可回收性的適應(yīng)性而被吸引。那些在商用機(jī)身中使用熱塑性塑料的人面臨的最大問題是，它們?cè)诟哓?fù)載飛機(jī)結(jié)構(gòu)中是否可行？熱塑性塑料專家 TenCate Advanced Composites USA Inc.（美國(guó)加利福尼亞州摩根希爾）的首席技術(shù)官 Scott Unger 在熱塑性塑料領(lǐng)域工作了 30 多年，他說(shuō)：“熱塑性塑料的增長(zhǎng)正處于拐點(diǎn)。擺脫熱壓罐、降低成本和簡(jiǎn)化零件組裝的能力是重要的驅(qū)動(dòng)因素。”
就本文而言，熱塑性膠帶由寬度達(dá) 12 英寸/305 毫米單向排列的碳纖維絲束組成，預(yù)浸有熱塑性樹脂。在航空航天和其他高性能應(yīng)用中最常用的樹脂是以下高性能熱塑性塑料：聚醚醚酮 (PEEK)、聚醚酮酮 (PEKK)、聚芳醚酮 (PAEK)、聚醚酰亞胺 (PEI) 和聚苯硫醚 (PPS)。一些制造商提供預(yù)浸有商品熱塑性樹脂的膠帶，例如聚酰胺 (PA)、聚丙烯 (PP) 等，但這些通常被認(rèn)為不適用于大型航空結(jié)構(gòu)。
熱塑性膠帶：曾經(jīng)和未來(lái)的航空材料？
此處顯示的熱塑性膠帶在預(yù)浸后纏繞在卷軸上，早在20世紀(jì)70 年代和 80 年代,就廣泛用于復(fù)合材料制造，尤其是軍用飛機(jī)應(yīng)用。但隨后它們的應(yīng)用停滯延遲了材料的開發(fā)，使它們落后于熱固性膠帶。然而，熱塑性塑料的吸引力，特別是對(duì)潛在的高壓釜外航空航天應(yīng)用的吸引力，重新點(diǎn)燃了人們的興趣和產(chǎn)品開發(fā)。
資料來(lái)源：Barrday Composite Solutions
對(duì)于航空航天工業(yè)，最有前途的材料是 PEEK 和 PEKK。“總的來(lái)說(shuō)，這兩種聚合物都具有出色的高溫性能、良好的韌性和耐化學(xué)溶劑性，以及低吸濕性，”預(yù)浸料供應(yīng)商 Barrday Corp.（美國(guó)馬薩諸塞州米爾伯里）熱塑性塑料產(chǎn)品經(jīng)理 Mike Buck 說(shuō)。“PEKK 還提供更高的 Tg，以提高耐溫性，并降低了加工的熔體溫度。”航空航天制造商 GKN Aerospace Fokker（荷蘭 Hoogeveen）的研發(fā)總監(jiān) Arnt Offringa 表示，PEKK 能夠提供與 PEEK 相當(dāng)?shù)男阅埽谳^低的熔融溫度下加工，使其成為未來(lái)商業(yè)機(jī)身應(yīng)用增長(zhǎng)的首選。熱塑性樹脂通常通過基于溶劑或基于水的粉末施加到纖維上。使用的預(yù)浸料方法會(huì)影響纖維的界面特性，水基工藝比溶劑基工藝產(chǎn)生更光滑的表面。大多數(shù)熱塑性膠帶的纖維體積分?jǐn)?shù)在 40-60% 之間，航空級(jí)材料在 50-60% 范圍內(nèi)。“如果機(jī)械性能是主要關(guān)注點(diǎn)，并且生產(chǎn)過程具有較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間和足夠的壓力和溫度靈活性，那么 60% 的纖維體積很重要，”Buck 說(shuō)。“更高速度或更低壓力的工藝，如 AFP/ATL、非熱壓罐/烘箱加工等，將受益于更高的樹脂含量。”熱塑性膠帶可以被切割成更窄的膠帶或絲束，也可以像熱固性預(yù)浸料一樣被切割成規(guī)定的形狀來(lái)制作坯料，熱塑性塑料膠帶不像熱固性膠帶那樣有襯紙（背襯）。熱塑性塑料的使用大大改變了制造成品零件的制造步驟。最重要的區(qū)別在于，熱塑性塑料本質(zhì)上在室溫下是固體，必須加熱到熔化溫度才能成型。如前所述，PEKK 的 Tg 高于PEEK（160°C 與 140°C）；PEEK 的熔體溫度高于 PEKK（390°C 與 340°C）。Solvay Composite Materials（美國(guó)佐治亞州阿爾法利塔）復(fù)合材料研究和創(chuàng)新小組技術(shù)研究員 Jim Pratte 表示，材料的使用取決于應(yīng)用，并指出 PEKK 是一種共聚物，可以針對(duì)不同的溫度和結(jié)晶度進(jìn)行定制, 而 PEEK 擁有廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且結(jié)晶速度更快。這樣的溫度要求立即使這些材料超過固化環(huán)氧樹脂或任何其他熱固性材料所需的溫度。如今，用熱塑性塑料帶制造零件最常用的工藝是壓模成形，將膠帶切割成規(guī)定的形狀，然后堆疊，再放入預(yù)熱爐中軟化和預(yù)固結(jié)，再將該疊層轉(zhuǎn)移到成型壓力機(jī)，該壓力機(jī)通常由匹配的金屬工具組成，可在高壓 (250-500 psi) 下完全固結(jié)和冷卻膠帶。“總的來(lái)說(shuō)，我發(fā)現(xiàn)與加工熱固性材料相比，熱塑性塑料的加工通常需要'逆向'的思維過程，”Buck 說(shuō)。“例如，對(duì)于熱塑性塑料，通常不想在模具中固化零件，而是形成預(yù)熱、預(yù)加固的層壓板，然后使用工具冷卻預(yù)熱的零件。”原位固結(jié)（圖 3）不太常見，且仍在開發(fā)中，其中通過自動(dòng)纖維放置 (AFP) 或自動(dòng)鋪帶 (ATL) 將切帶（絲束）放置在工具上。在該系統(tǒng)中，帶頭處的高強(qiáng)度激光、熱氣體或火焰將樹脂加熱至熔化溫度以軟化樹脂，同時(shí)末端執(zhí)行器施加壓力以加固層。最終，這樣的系統(tǒng)將在原地進(jìn)行全面整合，但仍在開發(fā)中以供示范。目前，需要進(jìn)一步固結(jié)（高壓滅菌或類似處理）以達(dá)到孔隙率目標(biāo)。
使用熱塑性膠帶的一種有前途的工藝是通過自動(dòng)膠帶鋪設(shè) (ATL) 或自動(dòng)纖維鋪放 (AFP) 進(jìn)行原位固結(jié)。在此過程中，預(yù)浸漬熱塑性膠帶或絲束在膠帶頭處被加熱至熔點(diǎn) (>300°C)，放置在工具上，然后立即由末端執(zhí)行器加固。雖然此時(shí)需要一個(gè)額外的高壓固結(jié)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)孔隙率目標(biāo)，但最終，該過程有望在一個(gè)步驟中提供 100% 的固結(jié)。
Porcher Industries（法國(guó) Eclose-Badinières，法國(guó)）的全球和國(guó)防業(yè)務(wù)部門負(fù)責(zé)人 Pierre-Yves Quéfélec 專門從事熱塑性膠帶的 AFP，他說(shuō)該公司與機(jī)械制造商 Coriolis Composites（法國(guó) Queven）合作，目標(biāo)是孔隙率 <0.5%。“這仍然需要熱壓罐，”他說(shuō)，“但我們已經(jīng)開始通過烘箱固化達(dá)到這一水平，具體取決于 AFP 的質(zhì)量。熱塑性塑料的高粘度是一個(gè)挑戰(zhàn)，浸漬的均勻性和一致性也是一個(gè)挑戰(zhàn)。”雖然目前尚未被廣泛使用，但實(shí)現(xiàn) <0.5% 孔隙率目標(biāo)的最有前途的工藝可能是連續(xù)壓縮成型（CCM-Continuous Compression Molding，見圖 4）。在這里，連續(xù)的膠帶通過成型工具，加熱和成型材料，并有效地形成一系列形狀，包括 T、C、H、帽形和歐米茄型材等。該工藝對(duì)于商用飛機(jī)的縱梁和框架的制造具有特別的前景。
連續(xù)壓縮成型 (CCM) 并未廣泛使用，但被認(rèn)為是一種高度可行的航空結(jié)構(gòu)制造工藝，其中熱塑性帶材連續(xù)通過一系列成型工具，以制造復(fù)合型材，如圖所示。CCM 被視為制造飛機(jī)機(jī)身縱梁和框架的理想選擇。?
資料來(lái)源：xperion
如前所述，熱壓罐固化是一種選擇，對(duì)某些人來(lái)說(shuō)是必要的，以確保最小的孔隙率。Offringa 指出，F(xiàn)okker 更喜歡熱壓罐，因?yàn)樗兄跇渲鹘?jīng)纖維，并有助于保持過程控制和一致的零件質(zhì)量。在熱壓罐中固化熱塑性部件所需的時(shí)間通常為 3-4 小時(shí)，明顯少于固化和固化熱固性材料所需的時(shí)間。Solvay 的 Pratte 表示，對(duì)于目前使用的大多數(shù)熱塑性塑料工藝而言，實(shí)現(xiàn)孔隙率目標(biāo)并不困難。“時(shí)間和溫度消除了大部分空隙，”他說(shuō)。唯一困難的過程是原位 ATL/AFP，因?yàn)闀r(shí)間尺度——在溫度下施加壓力和鞏固膠帶所花費(fèi)的時(shí)間——是有限的。“這里的關(guān)鍵點(diǎn)與其說(shuō)是孔隙率，不如說(shuō)是膠帶中聚合物纖維的浸漬。你可能在膠帶中有一些孔隙，但你不能有干纖維，因?yàn)樵还に嚂r(shí)間尺度和條件無(wú)法彌補(bǔ)這一點(diǎn)。”
一般來(lái)說(shuō)，熱塑性塑料，尤其是 PEEK 和 PEKK，很難讓人不喜歡。如前所述，它們具有與環(huán)氧樹脂相似的機(jī)械性能特征，但通常比環(huán)氧樹脂更堅(jiān)韌。此外，它們也不會(huì)放熱，并且非常耐腐蝕、耐磨和防火。熱塑性塑料還避免了熱固性預(yù)浸料的存儲(chǔ)和出庫(kù)時(shí)間限制——考慮到冷凍機(jī)投資的費(fèi)用，以及管理預(yù)浸料有效期以確定何時(shí)使用哪卷預(yù)浸料的任務(wù)，這不是一件小事。事實(shí)上，處理/回收過期材料的成本會(huì)大大增加使用熱固性預(yù)浸料制造零件的成本。此外，由于熱塑性復(fù)合材料不會(huì)固化和交聯(lián)，Buck 指出，“熱塑性復(fù)合材料可以重新熔化/重新加工”。這使得它們相對(duì)容易回收。索爾維的 Pratte 指出。“回收是汽車行業(yè)的一大推動(dòng)力，因?yàn)槠嚨幕厥樟恳蟮枚啵医?jīng)濟(jì)上更具挑戰(zhàn)性，”。“如果你不能回收材料，那將成為采用的障礙。”?盡管這對(duì)汽車制造商尤為重要，但隨著飛機(jī)原始設(shè)備制造商（OEM）也在考慮生命周期管理 (LCM-Lifecycle Managemen) 和產(chǎn)品報(bào)廢問題，回收也成為航空復(fù)合材料制造中越來(lái)越重要的考慮因素。熱塑性塑料還能夠以熱固性材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)部件粘合。它們具有將零件焊接/融合在一起的潛力，這可能會(huì)在某些應(yīng)用中消除對(duì)粘合劑的需求。”GKN Aerospace Fokker 以使用熱塑性塑料焊接而聞名，Offringa 表示需要開發(fā)多種焊接技術(shù)，包括電阻焊接、感應(yīng)焊接和傳導(dǎo)焊接。Porcher 的 Quéfélec 指出 AFP/ATL 是一種連續(xù)焊接的形式，據(jù)報(bào)道，他的許多客戶都希望使用焊接將較小的熱塑性塑料部件連接到較大的結(jié)構(gòu)中。隨著復(fù)合材料在航空航天和汽車領(lǐng)域的使用增加，對(duì)自動(dòng)化的需求將會(huì)增加。這也是熱塑性膠帶的真正機(jī)會(huì)。“在我看來(lái)，這是熱塑性塑料大放異彩的領(lǐng)域，”Buck說(shuō)。
盡管熱塑性膠帶具有所有優(yōu)點(diǎn)，但它缺乏熱固性膠帶的成熟度，因此存在一些挑戰(zhàn)。分切和格式化熱固性和熱塑性膠帶的Web Industries（美國(guó)馬薩諸塞州馬爾堡）看到了這些挑戰(zhàn)。Web 的研究和技術(shù)總監(jiān) Grand Hou 說(shuō)，熱塑性樹脂由于其韌性，更難切開并滿足公差要求。他說(shuō)，這種材料也有彈性，因此與熱固性材料相比，它需要不同的纏繞方式和不同的纏繞控制。?Web 業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理 Jim Powers 指出，熱固性膠帶的寬度可達(dá) 60 英寸/1,524 毫米，可以無(wú)缺陷地延伸數(shù)千英尺，而熱塑性膠帶通常最寬為 12 英寸/301毫米，在 700 英尺/17.78米內(nèi)就有30個(gè)缺陷。“熱固性材料經(jīng)歷了相同的發(fā)展曲線，”Hou說(shuō)。“我們可能比我們意識(shí)到的更接近[重大質(zhì)量改進(jìn)]。一旦有一個(gè)使用熱塑性復(fù)合材料的大型項(xiàng)目，你就會(huì)看到質(zhì)量的巨大提高。”樹脂帶來(lái)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是它的應(yīng)用。熱固性膠帶通常使用薄膜形式的樹脂進(jìn)行預(yù)浸漬，這使得預(yù)浸機(jī)能夠精確、均勻地涂抹樹脂，厚度變化最小。相比之下，熱塑性塑料依賴于基于粉末的應(yīng)用工藝，這種工藝更難控制，并且會(huì)產(chǎn)生富含樹脂和干燥的區(qū)域。這種不均勻性會(huì)導(dǎo)致層間孔隙率問題。Web 的 Powers 表示，溶劑型樹脂往往具有更粗糙的表面并產(chǎn)生更多間隙，而水基系統(tǒng)往往更平坦，厚度變化最小且表面更光滑。“較粗糙的溶劑型材料提供更大的表面積，”他指出，“但從纏繞的角度來(lái)看，水基系統(tǒng)運(yùn)行速度更快，并提供更好的材料卷。”另一個(gè)變量是，在室溫下，熱塑性膠帶的特點(diǎn)是不尋常的邊界，這會(huì)產(chǎn)生一種堅(jiān)硬的、偶爾不均勻的膠帶，容易產(chǎn)生縫隙和裂縫。膠帶的厚度也會(huì)導(dǎo)致材料波紋，這可能會(huì)導(dǎo)致膠帶寬度不一致。這會(huì)在膠帶分切過程中導(dǎo)致后續(xù)問題，這依賴于一致的膠帶寬度以保持在規(guī)格范圍內(nèi)。此外，與熱固性預(yù)浸料不同，后者在室溫下具有粘性，有助于在鋪層過程中層與層之間的粘合。而熱塑性塑料是干燥且無(wú)粘著性的，需要額外的方法來(lái)消除層間滑動(dòng)，例如點(diǎn)焊。?然而，自動(dòng)化可能是熱塑性膠帶的粘性不一定是問題的一個(gè)領(lǐng)域。Solvay 的 Pratte 說(shuō)：“人們過去常常抱怨手糊板又硬又板，但在自動(dòng)化設(shè)備中，太硬的板是一種優(yōu)勢(shì)。”?航空航天熱塑性塑料復(fù)合材料制造商 ATC Manufacturing（美國(guó)愛達(dá)荷州波斯特福爾斯）的業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān) David Leach 承認(rèn)，熱塑性膠帶“通常不如熱固性材料穩(wěn)定，這當(dāng)然是我們希望看到改進(jìn)的領(lǐng)域”。Leach 還指出，不均勻的樹脂應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生樹脂豐富的區(qū)域，這既有益又有害。他還回應(yīng)了 Web 的觀點(diǎn)，即熱塑性膠帶中缺陷之間的長(zhǎng)度相對(duì)較短，并且分切膠帶的寬度不太一致。Leach 說(shuō)，隨著自動(dòng)化程度的提高，這種一致性將是強(qiáng)制性的。TenCate 的 Unger 說(shuō)，高膠帶完整性對(duì)于促進(jìn)熱塑性塑料的使用和彌補(bǔ)制造過程中的限制至關(guān)重要。特別是，Unger 指出 AFP/ATL，由于其逐層處理，引入了層間孔隙率的可能性。作為膠帶完整性的證明，Unger 引用了 TenCate 熱塑性膠帶的顯微照片（圖 5），該照片顯示了均勻的層厚度和樹脂均勻性。他說(shuō)，關(guān)鍵是高質(zhì)量的膠帶，空隙率低，是高質(zhì)量復(fù)合材料快速、自動(dòng)化加工的推動(dòng)力。具有大量空隙的膠帶將需要更長(zhǎng)的固結(jié)周期才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的零件。
圖 5：加工原則：質(zhì)量產(chǎn)生質(zhì)量
這張 TenCate 熱塑性膠帶的顯微照片展示了膠帶產(chǎn)品的均勻性和同質(zhì)性。膠帶的質(zhì)量越高，制造商就越容易生產(chǎn)出高質(zhì)量的零件。然而，使用較低質(zhì)量的膠帶需要更穩(wěn)健且可能更耗時(shí)的過程才能實(shí)現(xiàn)良好的整合。
資料來(lái)源：TenCate Advanced Composites
最后，還有成本問題。PEEK 和 PEKK 目前比它們與之競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)氧樹脂更貴，但這種情況有望改變。Offringa 說(shuō)，“如果隨著在高負(fù)載主要結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用增加，它像預(yù)期的那樣強(qiáng)勁增長(zhǎng)，成本預(yù)計(jì)會(huì)隨著體量的增加而下降。” ATC 的 Leach 對(duì)此表示贊同，并指出盡管熱塑性膠帶已經(jīng)使用了幾十年，但體量仍然很小。“原始設(shè)備制造商在復(fù)合材料方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且傾向于使用膠帶，”他說(shuō)。“從熱固性材料轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴苄圆牧系闹饕?qū)動(dòng)因素是成本。我們?cè)鯓硬拍茏専崴苄粤慵兊秘?fù)擔(dān)得起？”Porcher 的 Quéfélec 對(duì)此表示贊同。“整個(gè)價(jià)值鏈……必須重新挑戰(zhàn)商業(yè)案例。與熱固性材料相比，高成本會(huì)損害競(jìng)爭(zhēng)力。技術(shù)準(zhǔn)備水平（TRL-technological readiness level ）?落后，但正在迎頭趕上。”Barrday 的 Buck 簡(jiǎn)單地說(shuō)：“熱塑性塑料行業(yè)可以使用具有 PEKK/PEEK 性能的聚合物，但價(jià)格與 PPS 相當(dāng)。”
這些真實(shí)和潛在的缺陷——缺乏粘性、間隙、波紋、不均勻——造成了下游挑戰(zhàn)，盡管這些缺陷是可以控制的，但使熱塑性膠帶比競(jìng)爭(zhēng)性替代品更難加工。這反過來(lái)又減緩了它們?cè)诟咝阅軕?yīng)用程序中的采用。然而，它們提供的優(yōu)勢(shì)是真實(shí)存在的，這刺激了對(duì)技術(shù)和工藝研發(fā)的大量投資，以幫助將這種材料推向更大的結(jié)構(gòu)部件。“在過去二十年里，我們完成了基本的創(chuàng)新，”TenCate 的 Unger 說(shuō)。“未來(lái)的主要?jiǎng)?chuàng)新將是工藝和自動(dòng)化的成熟以及零件制造基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)展。”在制造方面，由 GKN Aerospace Fokker 領(lǐng)導(dǎo)的 Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structure (TAPAS) 財(cái)團(tuán)正在為空客開發(fā)熱塑性飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)和熱塑性扭矩箱（用于尾翼和機(jī)翼結(jié)構(gòu)）。正在評(píng)估的是一種 TenCate UD 膠帶，它包含 Hexcel（美國(guó)康涅狄格州斯坦福德）的 AS4 碳纖維和來(lái)自阿科瑪（法國(guó)科隆布）的 PEKK 基體。TAPAS 工作分為兩個(gè)項(xiàng)目，TAPAS I 和 TAPAS II，后者已接近尾聲。Offringa 說(shuō)，TAPAS 的工作證明了熱塑性膠帶的潛力，特別是在機(jī)身蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)掛架、小型機(jī)翼和尾翼結(jié)構(gòu)方面。“材料正在被鑒定，工藝正在被鑒定。這些并不是巨大的零件本身，而是增加尺寸和體積的部件，”他說(shuō)。展望未來(lái)，他說(shuō)，“其中一家 OEM 可能會(huì)取得突破，決定真正轉(zhuǎn)向更大的熱塑性塑料部件。”索爾維的 Pratte 對(duì)此表示贊同：“小零件已經(jīng)起飛，并建立了信心和成熟度。客戶開始關(guān)注更大的零件。”?為推動(dòng)這一努力，索爾維和 GKN Aerospace Fokker 于 2017 年初宣布，他們將合作開發(fā)熱塑性復(fù)合材料，而索爾維將成為這家航空航天制造商的首選供應(yīng)商。Fundacion para la Investigacion, Desarrollo y Applicaciones de Materiales Compuestos（FIDAMC，馬德里，西班牙）也正在評(píng)估熱塑性膠帶在制造機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，通過高壓釜外原位纖維鋪設(shè)。FIDAMC 的高級(jí)復(fù)合材料專家費(fèi)爾南多·羅德里格斯·倫斯 (Fernando Rodríguez Lence) 表示，膠帶質(zhì)量是一個(gè)主要限制因素，迫使較慢的鋪設(shè)速度以彌補(bǔ)膠帶缺陷并實(shí)現(xiàn)整合目標(biāo)：“我相信我們的材料供應(yīng)商將提高膠帶質(zhì)量，提高性能以達(dá)到熱壓罐固化部件相似水平，并解決后處理的需要。”如果像人們普遍認(rèn)為的那樣，波音或空客決定使用熱塑性膠帶制造主要結(jié)構(gòu)，則很可能會(huì)迅速部署資源來(lái)解決膠帶質(zhì)量問題。事實(shí)上，在過去 10 到 15 年中，大部分膠帶的開發(fā)都是由材料供應(yīng)商和制造商發(fā)起和資助的。這樣的工作很有希望，但也很有限。OEM 承諾帶來(lái)的努力和資金將大大改變熱塑性膠帶的前景。在其歷史上的大部分時(shí)間里，熱塑性膠帶中的碳纖維都沒有定型，但隨著預(yù)浸料為不同的工藝和應(yīng)用優(yōu)化材料，這種情況正在發(fā)生變化。熱塑性漿料的設(shè)計(jì)不僅可以改善纖維處理能力，還可以改善纖維/樹脂的附著力。也就是說(shuō)，樹脂和纖維的成分和性能范圍很廣，因此，根據(jù)纖維、樹脂和應(yīng)用的組合，上漿選項(xiàng)也有很大差異。此外，一些樹脂與膠劑不相容。在過去四年中，Toho Tenax America（美國(guó)田納西州羅克伍德）、SGL 集團(tuán)（德國(guó)威斯巴登）和施膠專家Michelman（美國(guó)俄亥俄州辛辛那提）推出了針對(duì)某些熱塑性塑料優(yōu)化的碳纖維漿料。其他預(yù)浸料和膠帶供應(yīng)商也提供熱塑性塑料上漿選項(xiàng)，但沒有透露具體細(xì)節(jié)。上漿有兩個(gè)目的。一是纖維與樹脂的附著力。另一個(gè)是當(dāng)纖維被切割或者通過編織或編織機(jī)械時(shí)，減少纖維摩擦（減少長(zhǎng)絲起毛或磨損/斷裂）。索爾維復(fù)合材料公司復(fù)合材料研究與創(chuàng)新小組技術(shù)研究員(Alpharetta, GA, US) Jim Pratte說(shuō)，“上漿有時(shí)是減少纖維摩擦和破損的必要手段。你們的大部分上漿開發(fā)都試圖在性能和‘可運(yùn)行性’之間找到最佳平衡，即無(wú)擴(kuò)散、斷裂、間隙等。”?預(yù)浸料制造商 Barrday Corp.（美國(guó)馬薩諸塞州米爾伯里）的熱塑性塑料產(chǎn)品經(jīng)理 Mike Buck 說(shuō)：“上漿考慮對(duì)于熱塑性預(yù)浸料和粉末涂層織物很重要。從歷史上看，未上漿的纖維一直是熱塑性塑料的主要碳纖維形式。然而，碳纖維供應(yīng)商開始開發(fā)和提供熱塑性漿料。”?有人猜測(cè)通用熱塑性漿料是可能的，但普遍認(rèn)為這不太可能：“我認(rèn)為這是一個(gè)夢(mèng)想，”Pratte 說(shuō)。“我認(rèn)為這不會(huì)發(fā)生。當(dāng)你觀察聚合物的表面能時(shí)，它的范圍太廣，無(wú)法被一種上漿類型所適應(yīng)。”1. ?從原文的敘述中可以看出，從2018年開始，聚醚酮酮（PEKK）迅速進(jìn)入民機(jī)復(fù)材行業(yè)。先是赫氏（Hexcel）與聚醚酮酮（PEKK）制造商法國(guó)阿科瑪（Arkema）戰(zhàn)略聯(lián)合，研發(fā)最新的熱塑性（TP）UD膠帶。
接著東麗（Toray）于2018年7月收購(gòu)Cetex公司，將原Cetex公司熱塑性膠帶中的碳纖維改用自己的碳纖維，同時(shí)在原牌號(hào)前加上“Toray”：Toray?Cetex? TC1000?Premium索爾維（Solvay）原本是一家老牌化學(xué)公司，它先前收購(gòu)了民機(jī)復(fù)材供應(yīng)商氰特（Cytec），在這種資源的優(yōu)勢(shì)下，索爾維推出了APC（PEKK-FC）復(fù)合材料。2.?赫氏（Hexcel）、東麗（Toray）、索爾維（Solvay）三家供應(yīng)民機(jī)復(fù)材的公司，通過不同途徑都及時(shí)推出了自己的聚醚酮酮（PEKK）復(fù)材帶，這對(duì)我國(guó)有關(guān)行業(yè)的發(fā)展有著重要啟示。I want to say two words to you: “Thermoplastic tapes”》2018.1.29編譯
https://www.compositesworld.com/articles/i-want-to-say-two-words-to-you-thermoplastic-tapes楊超凡簡(jiǎn)介：飛機(jī)制造高級(jí)專家，近年專攻民機(jī)復(fù)合材料。原航空工業(yè)部首批研究員級(jí)高級(jí)工程師，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦復(fù)合材料網(wǎng)）：楊超凡·聚醚酮酮（PEKK）復(fù)材的急速發(fā)展
