先进复合质料已经成为大型客机的首选结构质料，其用量占机体重量的百分比更是成为权衡民机先进性的一项重要指标。目前，波音公司最先进的飞机波音787上复合质料用量占结构总重量的50% ；而空客公司A350飞机上的复合质料用量也由原先的37%增加到现在的53%。尽管两大飞机制造公司对复合质料在飞机结构减重方面取得的效果体现满意，但仍对选择金属照旧复合质料保存强烈抗争，对复材在飞机上用量的进一步扩大持谨慎的态度，原因是目前飞机结构上广泛使用的复合质料主要是热固性树脂基复合质料，其质料制造本钱较高，且制造历程使用的预浸料/热压罐技术也很是腾贵。另外，在日益强调环保的今天，热固性复合质料的情况友好性差及放弃物难以接纳处理等缺乏，也制约其在飞机上的应用扩展。
高性能热塑性复合质料是指用高强玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维增强耐高温热塑性树脂的复合质料。与热固性复合质料相比，高性能热塑性复合质料具有较好的耐热性能和刚度、强度 ；其线状链的分子结构使得聚合物坚持着良好的韧性，因此质料还具有较高的韧性、优良的抗蠕变能力、优秀的损伤容限性能以及良好的抗攻击性能 ；同时，由于热塑性聚合物分子链不含有爆发链间化学反应的基团，其在加热历程仅仅爆发加热变软和冷却变硬的物理变革，故成型周期短、生产效率高，具有较大降低制造和使用本钱的潜力 ；其结构件还可以直接熔融焊接，无需铆结，也能有效减轻飞机重量，并利于维修。另外，某些热塑性复合质料的恒久使用温度可达250℃以上，并且耐水性极优，可在湿热情况下恒久使用 ；同时预浸料无存放情况与时间限制，可恒久贮存、并且废物还可以接纳再利用，通常被称为“绿色质料”。正是基于上述优点，高性能热塑性复合质料被认为是一种有生长前途的飞机结构用质料，一直受到航空航天领域的广泛关注。
自20世纪60年代以来，高性能连续纤维增强热塑性复合质料就受到欧、美、日等兴旺国家的重视，并取得许多突破性进展。部分产品已被波音、空客、福特等公司乐成应用到飞机蒙皮、整流罩、升降舵、平尾等制件上，但使用规模很是有限。恒久以来，制约热塑性复合质料在民机上应用的主要原因有以下两个：（1）预浸料制造困难，质料本钱高 ；（2）制件制造需要高温高压，对设备和辅料要求高。但鉴于这种质料的低本钱潜力，从20世纪80 年代开始，以美国为主导的西方国家进行了一系列旨在提高热塑性复材预浸料的制造水平、降低制件制造本钱的研究计划，并最终取得大宗的研究结果，为高性能热塑性复合质料在民机上的应用推广涤讪了基础。本文将就高性能热塑性复合质料在外洋飞机结构件上的应用现状及最新研究结果和未来生长偏向作简要介绍。
目前，应用到航空领域的热塑性树脂主要是耐高温、高性能的树脂基体：聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亚胺（PEI）。其中，无定形的PEI由于具有更低的加工温度及加工本钱，比半结晶的PPS及高成型温度的PEEK在飞机结构件上的应用更多。
热塑性复合质料不但与树脂、增强纤维的性能，还与纤维的增强方法、质料的成型工艺以及成型设备有关。目前，原质料的研究主要集中在研发并认证合适的质料，即为适应差别工艺计划而进行的新树脂体系质料的研发和质料形式的变换。其中热塑性片（板）材很是类似热固性复合质料，不但可以简化模塑操作，并且可在自动化生产线上大宗生产，是目前飞机上最为常见的质料形式。但随着自动铺放等低本钱制造技术生长，飞机结构制造商往往需要凭据构件的结构特点、制造难度以及本钱等，要求质料供应商提供差别形式的质料以满足差别的成型要求。例如，Royal Ten Cate公司的Cetex产品也可以被加工成预浸束纱、混淆纱等形式，以适应差别的工艺要求。
外洋通过几十年的预先研究和试验验证，原质料的制造技术已经相当成熟，许多商品化的产品已在波音、空客等大型客机上服役多年，效果很是好。海内原质料的生产在经过近30年的生长，也积累了相当多的经验，一些制约该种质料应用的瓶颈问题也逐步获得解决，部分产品甚至已经抵达商品化的水平并实现工业化，质料稳定化生产是目前实现我国原质料在飞机上大宗应用的要害问题。
热塑性树脂基复合质料加工工艺大致可分为：热塑性基体浸渍工艺和制件成型工艺。其中最要害的技术是成型技术，它是制约热塑性复合质料在飞机上广泛应用的主要瓶颈。下面将重点介绍热塑性复合质料飞机结构件制造中已经成熟使用和正在研究生长的成型技术。
1 热压成型
热压成型是热塑性复合质料在航空制件成型中主要的要领之一，凭据所用的设备差别又可以分为模压成型、双膜成型、热压罐成型和真空袋成型。其基本工艺历程是先将预浸料裁剪铺叠后，放入模具中升温加热，待升温至成型温度后，通过差别的加压设备对预浸料铺层进行加压，赋形获得最终满足要求的制件。热压成型是工业界普遍看好，并重点研究生长的低本钱、规� ；圃旒际�，并广泛应用于飞机制件的制造中。同时，关于一些变厚度、形状庞大的梁、长桁等制件，热压可以实现其快速成型，通常从下料到完成固化只需要15min。目前制约热压成型工艺的主要问题是飞机上可用的高性能热塑性树脂通常具有较高的熔融粘性，而高粘性使得树脂对增强纤维的浸润性和穿透性差、邻近层之间的粘接困难、较难排除层板中的孔隙、以及成型历程中树脂均匀流动很困难等问题。
2 纠葛成型
在诸多热塑性复合质料成型要领中， 纠葛成型能较好地实现低本钱和高效率。一般而言，热塑性树脂纤维纠葛既可先将热塑性预浸带干法纠葛成型，然后在固化炉或热压罐内固化 ；又可用原位固化工艺成型，即将连续的经加热炉预热后的预浸带纠葛在相应的芯模上，在纠葛的同时用热源使树脂熔融，使预浸料逐层粘合成一体并最终形成热塑性复合质料制件。在原位固化工艺中不需要加热、加压等“后定型”(固化)环节，可以大幅度提高制品的生产效率，从而大大降低生产本钱，是目前热塑性复合质料纠葛成型重点生长的工艺技术，比较适合圆形截面制件的制造（图2）。纠葛成型工艺优点是可以凭据制品的受力状况设计纠葛纪律，从而充分发挥纤维的增强作用 ；并且制品质量稳定，容易实现自动化生产。保存问题是纠葛历程需要接纳合适的浸渍要领，在纠葛的历程中必须进行合理的加热以及匹配的纠葛速度，以避免树脂在纠葛历程中冷却凝固，导致层内和层间粘结不良，严重影响制品性能。总体来说热塑性纤维纠葛工艺已生长到了一定阶段，一些产品也已用于航空航天和民用。如美国用CF/PEEK纠葛制作了飞机水平安定面。
3 自动铺放成型
自动铺放技术是将复合质料的剪裁、定位、铺叠、压实等办法集于一体，且具有控温和质量检测功效的复合质料的集成化数控成型技术，能有效满足自动化、高产量、高质量、低本钱等技术要求，是热塑性复合质料低本钱制造技术的一个重点研究偏向。目前外洋热塑性复合质料的自动铺放技术的研究主要包括工艺、装备以及软件控制技术，而我国在热塑性树脂基复合质料自动铺放方面的研究尚未起步。
在航空领域中，自动铺带适用于尺寸较大，曲率相对较小的零件，如整体壁板类零件、大梁、长桁等，而纤维自动铺放适用于尺寸较大，形状相对较庞大的零件，如机身段、进气道等。经过20多年的研究，外洋热塑性复合质料自动铺带技术已经趋于成熟。2009 年荷兰航空专家鲍肯研制了 1个10mm 条宽的2m×1m×1m 三维纤维铺放设备单位，并利用该设备在阳模上乐成铺放了一新型前缘的蒙皮 ；而NASA支持的热塑性复合质料的自动铺放原位固化头装置在辛辛那提的自动铺带机上乐成铺放了1个2m×1.2m、外貌焊接有6根工字型梁的AS4/PEEK蒙皮。随着铺放技术的生长，面临的挑战是如何包管质量的同时提高效率以及实现大规模的工业化。
4 纤维混杂法
纤维混杂法是热塑复合质料加工技术的一次革新，技术要害是制备与增强纤维直径相当的树脂纤维，然后使两种纤维混杂成一种复合纱，再编织成预浸料，或直接用两种纤维进行编织� ？悸堑胶娇樟煊蛑兄髁魅热墼そ媳４嬗捕裙卟灰灼谭�，不适合成型庞大曲面和精致结构，纤维混杂法获得的具有良好的柔软性和垂悬性的预浸料或预制体变形能力强，铺覆性好，关于变曲率、变厚度的庞大结构的成型照旧很是有优势的，故是一种很有前途的成型要领。纤维混杂法的优点是树脂含量易于控制，纤维能获得充分浸润，可以直接纠葛成型获得制件 ；同时，由于热塑纤维和增强纤维紧密结合在一起，减小了树脂渗透的距离，也能有效克服热塑树脂浸渍的困难 ；并且因为质料具有良好的柔韧性，可以编织三维近实物形状，因此可以大大提高质料的韧性及损伤容限，同时缩短制件的制作周期。但由于制取直径极细的热塑性树脂纤维(<10μm)很是困难，同时编织历程中易造成纤维损伤，限制了这一技术的应用生长。
来源：复合质料技术中心