圖片來源：柯林斯航空航天公司

 

隨著飛機制造商和航空公司致力于減少碳足跡，建設可持續發展的未來勢在必行。為了支持這一全行業的進步，柯林斯航空航天公司（美國北卡羅來納州夏洛特）推出了新的和重新設計的產品，以減少能源使用、減輕飛機重量、加速機身生產并提高整體飛機質量。通過使用熱塑性復合材料，柯林斯以令人興奮的新方式推動可持續性發展，包括減少制造過程中的能源消耗和減輕飛機重量以降低燃料消耗的飛機零件，這反過來又為客戶節省了成本，同時降低了碳排放。這些部件有可能提供：

 

與金屬結構相比，重量減輕多達50%，比熱固性結構輕 20%。

與熱固性復合材料相比，制造周期時間減少多達80% 。

在部件生命周期結束時，可回收率高達100% 。

 

2021 年 11 月，Collins Aerospace收購了熱塑性復合材料結構領導者 Dutch Thermoplastic Composites（DTC，荷蘭阿爾梅勒），該公司擁有數十年的經驗以及目前生產 2,000 多個獨特零件編號的產品?，F在，據報道，Collins Aerospace Almere 創造了一項新紀錄，生產了其有史以來大的一體式熱塑性復合材料部件——長超過 7 米，寬約 60 厘米。

 

 

這種熱塑性復合材料滾道已作為 Clean Sky 2 STUNNING 項目的一部分提供給GKN Aerospace（荷蘭霍格海德），用于集成到多功能機身演示器 (MFFD) 的機身下部地板網格組件中。“跑道是 GKN Fokker 將集成到 MFFD 中的電纜橋架系統的關鍵，它展示了將預先配備系統的模塊交付到機身總裝線的新組裝理念，準備組裝，”柯林斯航空航天公司阿爾梅勒銷售總監， René van der Burg 說。

 

滾道是使用碳纖維增強的低熔點聚芳醚酮 (LMPAEK) 膠帶和在阿爾梅勒開發的采用創新工具概念的新型連續壓縮成型 (CCM)工藝制造的。“幾家公司擁有 CCM 機器，不僅能夠生產直坯，還能夠生產異型材，”Van der Burg 說，“但我們的方法是獨一無二的。如果需要，我們還可以生產更長的結構。” 這對于未來的熱塑性復合材料機身確實很有意義，例如正在成熟的 8 米長、4 米直徑的 MFFD。“它是一個檢驗熱塑性復合材料全部潛力的平臺，”范德伯格指出，“并將幫助未來的歐洲客機生產變得更快、更具競爭力和更可持續。”

 

 

“在柯林斯，我們可以顯著影響可持續性的大領域之一是通過我們產品的重量和彈性——這就是我們先進結構業務的重點所在，”柯林斯航空航天工程熱塑性塑料總經理 David Manten和 DTC 的創始人，說。“更輕的飛機意味著更低的排放和更大的能力來實現我們行業到 2050 年實現零碳排放的目標。”

 

柯林斯航空航天公司的熱塑性復合材料焊接

美國柯林斯航空航天公司正在演示和推進熱塑性復合材料焊接，以實現更集成、更輕、更可持續的機身結構。 

 

盡管熱塑性復合材料已經存在了幾十年，但柯林斯航空航天公司正在擴大其對這項技術的使用，并開發出能夠生產更大、更復雜的零件以及通過焊接集成零件的特定技術。憑借其新的熱塑性塑料焊接技術，柯林斯航空航天公司正在消除對數千個緊固件的需求，這些緊固件會增加飛機的重量和成本。

 

舉個例子，考慮一下如果飛機座椅僅能減少一小部分重量，可能會帶來的節省。對于一架 200 名乘客的飛機，這可能會產生相當大的差異，并相應減少碳排放。這就是柯林斯航空航天公司目前正在努力將更輕的熱塑性材料融入座椅和各種其他飛機部件的原因。

 

“我們的航空客戶依賴我們來推動整個供應鏈的可持續發展，”Manten 說。“通過結合熱塑性復合材料提供重量更輕的產品是我們如何滿足這一需求的一個很好的例子。”

 

 

今天的大多數飛機都是使用傳統材料制造的，例如熱固性復合材料，制造過程中會消耗大量能源。在這里，制造過程需要在大型高壓釜或烘箱中固化零件，這些高壓釜或烤箱會消耗大量能量，以達到高質量零件所需的熱量和壓力。

 

相比之下，熱塑性復合材料不需要與熱固性塑料相同的化學反應，因此可以通過更高效的非高壓釜 (OOA) 工藝（如沖壓）制造它們，從而大大降低能源消耗。這些相同的過程可以將周期時間從數小時縮短到數分鐘，同時將材料塑造成復雜甚至多功能的幾何形狀。隨著熱固性預浸材料的冷藏被取消，從熱固性材料轉換為熱塑性復合材料也提高了能源效率。

 

 

熱塑性復合材料的可回收性有兩個特點：耐用性和可重復使用性。先，與熱固性塑料相比，熱塑性復合材料具有更高的抗沖擊和抗疲勞性，這確保了零件的使用壽命更長，并且是未來循環經濟的關鍵。

 

其次，熱塑性復合材料產品可以在其生命周期結束時回收，這意味著它們可以在其他行業或其他部件中重新熔化、重塑和重復使用——這使得它們比目前經常進入垃圾填埋場的部件更具吸引力。

 

“在柯林斯航空航天公司，我們不僅著眼于更可持續的未來：我們每天都在構建它，”Manten 說。“通過前瞻性設計、基于科學的材料選擇和改進的制造工藝，我們正在努力減輕飛機重量以提高燃油效率，同時將更環保的材料（如熱塑性復合材料）融入飛機部件。”

 

美國加利福尼亞州里弗賽德的柯林斯航空航天公司正在擴大其能力，包括在 2022 年底之前使用新的自動纖維鋪放 (AFP) 設備和焊接風扇罩演示器。