復合材料被稱為航空航天未來的形狀。憑借其高強度、低重量和耐用性的制勝組合，很容易看出原因。30多年來，空中客車公司率先在其商用噴氣式客機中使用此類材料，從 A310 的垂直尾翼到今天的 A350 XWB，飛機一半以上的結構都是復合材料。

 

本質上，復合材料是由兩種或多種具有不同物理或化學性質的組成材料制成的。當組合在一起時，復合材料表現出有益的物理特性，與單獨的部件所能提供的完全不同。日常生活中常見的復合材料包括膠合板和鋼筋混凝土。

從機頭到機尾，空客在其噴氣式客機產品線中使用了先進的復合材料，這些材料一直處于材料科學的前沿。一種特別突出的材料是碳纖維增強塑料或 CFRP。碳纖 維復合材料由用塑料樹脂固定的碳纖維組成，比金屬具 有更好的強度重量比，對疲勞和腐蝕的敏感性更低。簡 而言之，它比鋁輕，比鐵強，而且比兩者都耐腐蝕。

與所有復合材料一樣，CFRP的強度是由其組成材料之間的相互作用產生的。碳纖維和樹脂本身都不足以制造出具有所需特性的產品，從而集成在飛機上。但是，一旦將CFRP 機身部件或飛機結構組合成多個集成層并進行粘合，其強度和承載性能將使其成為航空使用的理想選擇。

復合材料在 A350 XWB 上達到新高度

碳纖維增強塑料的應用在A350 XWB中達到了新的比例，它在整個復合材料領域都有著重要的應用。例如， A350 XWB 的大部分機翼都是由輕質碳復合材料組成的，包括其上蓋和下蓋。這些部件長32米，寬6米，是有史以來由碳纖維制成的最大的單一航空部件之一。有了碳纖維增強塑料，噴氣式客機的機身不僅更堅固、更堅固，重量的減輕使其能夠搭載更多乘客、燃燒更少的燃料、飛得更遠……或者三者的結合。

有了復合材料，噴氣式客機的機身可以更堅固、更強、更輕……同時在航空公司運營時也需要更少的維護。雖然最初的生產成本比傳統金屬零件高，但碳纖維增強塑料部件可以為飛機運營商節省未來維護成本，因為這種材料不會生銹或腐蝕。例如，A350 XWB 所需的結構維護任務減少了 50%，機身檢查的門檻為 12 年，而 A380為 8 年。

在碳纖維增強塑料的生產中，數千根微觀上很細的碳紗被捆綁在一起，制成每根纖維，將其他纖維連接在一個由堅固的樹脂固定在一起的基體中，以達到所需的剛性水平。復合材料部件由精確成形的片材制成，片材相互疊放，然后粘合，通常在稱為熱壓罐的烘箱中使用熱和壓力，從而制成高質量的復合材料。

機身和機翼等部件可以廣泛使用復合材料，因為所需的纖維負載——纖維在熱壓罐中鋪設和固化的方式——很簡單。然而，在可預見的未來，需要復雜承載的零件將繼續使用金屬。

從熱固性到熱塑性復合材料

CFRP 最常用的兩種類型是“熱固性”和“熱塑性”雖然熱固性CFRP目前在航空工業中更為廣泛，但熱塑性塑料因其可回收性而越來越受歡迎——這是一個重要的生命周期考慮因素，長期以來一直是阻礙更廣泛采用碳纖維復合材料的因素。

熱固性材料和熱塑性材料之間的一個關鍵區別是固化過程中會發生什么。當熱固性材料在熱壓罐中固化時，會發生化學反應，從而永久改變其組成。然而，熱塑性塑料零件可以重新熔化并保持其成分。

這種差異使熱塑性塑料具有吸引力，因為空客及其供應商每年生產數百噸廢棄復合材料。雖然廢棄的熱固性樹脂不能重復使用，但熱塑性廢料可以以多種方式用于航空以外的許多領域。

空客準備在 2035 年推出的“新 A320”，機身使用熱塑性碳纖維復合材料、機翼仍然使用熱固性，環氧基碳纖維復合材料（但制造工藝有新的亮點）。機身受力結構件使用熱塑性復合材料，是一個新的工作。為此，空客于 2019 年設計了一款，直徑 4 米、長 8 米的、帶客艙門框的，全熱塑復材筒體試驗件。試驗件中零件連接采用焊接（見下圖）。整個筒體不用鉚釘、螺釘金屬緊固件。到今年 2 月，筒體全部組件均已完工。目前等待筒體最終完成組裝的報道。

 

試驗件的特點

1.突破性的飛機結構由 400 多個熱塑性纖維增強零件、數千個點焊和數百米的連續焊縫組成（沒有一個鉚釘、螺釘金屬緊固件）；
2.機身重量比現 A320(鋁合金機身)，減少 1 噸；
3.機身經常性總成本減少 100 萬歐元（20%）；
4.“新 A320”每月至少 60 架飛機（最多 100 架飛機）的高速生產（HRP- High Rate Production）。