熱塑性復合材料航空應用案例-東麗公司
東麗熱塑性復合材料產品
東麗公司的Cetex®熱塑性復合材料四十多年來始終處于行業創新前沿，持續引領該領域的技術發展。作為一家能夠滿足嚴苛要求的高品質復合材料制造商，該公司憑借其豐富的技術成果贏得了客戶的高度認可。其高性能熱塑性輕量化材料Cetex®具備優異的機械性能、耐久性和強度，符合主要飛機制造商的規范要求，并在極端條件與環境下完成了耐久性驗證。Cetex®產品系列不斷演進，適用于批量生產，并以多種纖維與樹脂組合形態向客戶提供，主要包括：單向(UD)纖維帶、織物預浸料、層壓材料以及塊狀模塑料(BMC)。
以下詳細介紹東麗公司的熱塑性復合材料在航空領域中的先進制造案例：
空客A400M熱塑性防冰板
新型空客A400M飛機配備了由TenCate Cetex®玻璃纖維PPS半預浸料(semipreg)制成的防冰板。位于荷蘭奈弗達爾的TenCate Advanced Composites公司為各種飛機結構部件和半結構部件供應這種熱塑性復合材料。
Fokker Aerostructures公司（位于荷蘭霍赫芬）將材料加工成成品面板。這些面板用于保護機身側面靠近螺旋槳尖端的部分，防止在某些天氣條件下，軍用運輸機螺旋槳甩出的冰塊對其造成損壞。選擇TenCate Cetex®半預浸料是因為它具有優異的抗沖擊性和非常好的耐化學性（除冰和液壓/凈化液）。這種材料也用于空客A380的固定翼前緣，并已獲得空客和波音公司多種結構應用的認證。
TenCate Cetex®熱塑性塑料具有以下特點：出色的防火安全性能，OSU < 15/15；快速生產加工<3分鐘；符合空客和波音規格認證；通過焊接組裝；與TenCate防雷材料結合。
空客A380發動機吊架蓋
航空航天業的飛行部件超過一百萬個，TenCate Cetex®復合材料的應用范圍包括結構部件，如機翼前緣、發動機吊架結構、貨艙地板、機身結構的夾子和夾板、聲學結構以及內部廚房和座椅。
空客A380發動機吊架罩由Daher公司（位于法國南特）采用TenCate Cetex® PPS/碳纖維層壓板制造。TenCate Cetex® TC1100因其出色的韌性以及優異的耐化學性和耐溶劑性而被選中。該材料本身具有阻燃性，煙塵排放量低，并已獲得空客和波音公司多種結構應用的認證。它還可以通過沖壓成型進行加工，這正是吊架罩生產的要求。該部件是兩個發動機吊架上50塊面板之一，其頂層采用青銅網，具有防雷擊功能。
熱塑性廚房推車
復合材料正在逐步取代商用飛機中的鋁和其他金屬合金，以減輕重量并降低運營成本。作為此趨勢的一部分，TenCate最近向Driessen(Zodiac集團旗下公司)供應了其TenCate Cetex® TC1000熱塑性復合材料層壓板，用于全新Hybrite輕型手推車系列。Driessen Hybrite產品系列旨在融入最時尚、最現代、最尖端的客艙內飾，同時超越嚴格的航空航天安全和防火要求。
TenCate產品開發流程的一部分是尋求在產品生命周期內最大程度降低環境足跡的方法，同時又不損害安全性或增加重量。TenCate Cetex®層壓板的另一個優勢在于能夠通過熱升華打印技術集成表面裝飾。這種創新的圖像轉印技術幾乎可以復制所有圖形，質量接近照片級，無需貼花，從而節省時間和成本。
TenCate Cetex®用于飛機內飾的優勢包括：優異的防火安全性能；無需冷凍儲存；處理速度快，循環時間少于3分鐘；吸濕性極低；耐溶劑性好；非常適合客戶認證的設計項目；有光澤、啞光、拉絲和防滑等多種紋理可供選擇；豐富的色彩選擇，包括白色、藍色調、淺灰色和深灰色。
飛機發動機吊架的熱塑性上梁
作為荷蘭創新計劃TAPAS 2（熱塑性經濟型飛機主結構2，Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structures 2）的一部分，NLR開發了一種使用先進纖維鋪放技術(AFP)制造大型厚熱塑性復合材料部件的技術。
該部件采用TenCate Cetex® TC1320 C/PEKK單向帶制成，長6米，厚28毫米。使用復合材料替代鋼材制成的吊架上梁，可以幫助飛機制造商降低生產成本和重量，從而節省飛機的燃油消耗。
TenCate Cetex® TC1320 C/PEKK單向膠帶：耐溶劑和化學品；良好的抗沖擊性和韌性；吸濕性低，熱/濕強度保持性好；阻燃；沖擊后壓縮性能良好。TenCate Cetex® C/PEKK單向帶適用于自動化纖維鋪放，結合優異的機械性能，可實現高性能航空航天結構的高效自動化生產。
NLR使用先進的纖維鋪放機，將細長的熱塑性軌道并排鋪設，隨后在Fokker的高壓釜中將它們“熔合”形成塔架上梁。使用AFP纖維鋪放機，材料的“購買飛行比”很高，因為可以在不產生廢料邊緣的情況下進行現場搭建。
復合材料吊架上梁的制造比鋼結構更具可持續性。切割幾乎不會留下任何殘余材料，剩余材料可回收利用。吊架上梁本身在使用壽命結束后也可以完全粉碎并重新利用。NLR研發的技術也適用于其他飛機部件，例如機翼梁、穩定翼梁和地板梁，并且在航空領域之外也有應用。
首個熱塑性后部壓力隔板
Premium AEROTEC最近開發了一種創新型熱塑性后部壓力隔板，采用TenCate Cetex®熱塑性復合材料，解決了提高建造速度的挑戰，同時減輕了現有單通道飛機的重量。后部壓力隔板在客艙和尾部之間形成氣密屏障，保持正確的氣壓并確保安全飛行。它還承載結構載荷，例如來自垂直尾翼的扭轉載荷。
該技術演示項目由Premium AEROTEC設計，由8個大小相同的段組成，在凱澤斯勞滕（聯邦德國西部城市）的萊布尼茨復合材料研究所（IVW）使用TenCate Cetex® TC1100 C/PPS增強熱塑性層壓板制造，并在DLR輕量化生產技術中心采用尖端電阻焊接技術組裝。
通過利用熱塑性復合材料技術，Premium Aerotec已生產出具有以下特點的零件：顯著減輕重量（35公斤，而鋁制部件為41公斤）；加工和裝配時間減少75%；提高生產效率，每月可生產超過一百件；總成本降低幅度>10%；與鋁相比，復合材料解決方案更具有競爭力。
此外，所采用的焊接技術可確保：整個表面、物質與物質之間的結合；無需鉚釘，從而減少生產時間、重量和成本；高度的工藝可靠性；適合自動化加工和高效批量生產。這一概念是下一代飛機機身的重要組成部分，具有很高的生產率。
本項目技術成果：適用于大型復雜形狀（3D形狀部件）的前沿熱成型工藝；采用均質復合結構（無多余材料）的創新焊接技術；首次在此應用中使用熱塑性復合材料（大型主結構）。
混合熱塑性尾舵技術演示項目
該技術演示項目由Aerosud制造和設計，展示了用于制造輕質、高強度尾舵的混合材料解決方案.該部件采用TenCate Cetex® TC1100 C/PPS增強熱塑性層壓板和MC1100塊狀模塑料，并采用3D打印材料和增材激光制造的鈦合金鉸鏈。復合材料與復合材料、以及復合材料與金屬接口的連接技術包括感應焊接和超聲波點焊，并輔以鉚接和螺栓連接。
該舵的分析結果與靜態試驗結果高度相關，設計載荷為304公斤，綜合系數為2.6，斷裂載荷為760公斤。TenCate Cetex®增強熱塑性層壓板的鋪層（方向、層壓板厚度）采用先進的復合材料成型模擬軟件AniForm進行優化。AniForm軟件可預測織物的成形性，包括起皺跡象、纖維路徑和新的層厚。軟件可以輕松研究鋪層、坯料形狀以及坯料保持器和張緊裝置的影響。實際成形結果與模擬結果高度相關，這確實表明此類模擬工具能夠實現成功的工藝設計。
TenCate Cetex® TC1100因其出色的材料特性而適用于航空結構應用，包括：高抗沖擊性能；優異的耐化學性和耐溶劑性；固有阻燃性，煙霧排放量低；已獲得空客和波音的多種結構應用認證。
參考：
[1] Airbus A400M Thermoplastic Ice Protection Plates
[2] Airbus A380 Engine Pylon Covers
[3] Thermoplastic Galley Trolley for Aircraft Interiors
[4] Thermoplastic Upper Spar for an Aircraft Engine Pylon
[5] World's First Thermoplastic Rear Pressure Bulkhead
[6] Hybrid Thermoplastic Tail Rudder Technology Demonstrator
