今天的航空业面临着两大挑战——不断上涨的燃料成本和环境可持续性。为了克服这些挑战，美国柯林斯宇航公司（Collins Aerospace）声称能够提供先进的结构解决方案，使航空产品更轻、更安全、更强、更具成本效益和可持续性。秉承在此领域的持续努力，该公司正在证明热塑性材料也可以提升用于太空探索和防卫用途的产品。

航空业使用热塑性复合材料的效益

随着航空航天工业越来越多地使用热塑性复合材料取代各种金属和热固性复合材料器件，热塑性复合材料近年来受到了大量关注。根据定义，热塑性塑料是在一定高温下变得柔韧和可模塑，并在冷却后固结的聚合物。热塑性塑料可以一次又一次地热成型和重塑，很容易回收利用。热塑性复合材料不需用热压罐固化而产生，可以在几分钟内按要求的形状冲压成型。由于热塑性复合材料具有较高的抗冲击性、独特的加工可能性、轻质高强性能和环境优势，因此可以帮助降低燃料成本，同时提高环境可持续性。柯林斯公司正在开发这些先进的材料和工艺，使现代飞行比以往任何时候都更良好、更安全、更高效。

与热固性复合材料相比，热塑性复合材料更短的周期时间与更高的自动化水平相结合，可显著节约成本。此外，其高耐久性可以承受恶劣的温度条件，而其低密度和独特的材料特性可以减轻飞机的整体重量，从而提高燃料效率。

归纳起来，这种新型高工程化材料及其制造方法具有以下潜力：

① 缩短制造周期时间80%。

② 减少航空结构的重量，与金属相比最高可减少50%，与热固性复合材料相比最高可减少20%。

③ 实行可持续性优化，可减少排放，获得可完全回收的产品和减少废物填埋量。

柯林斯公司工程热塑性塑料总经理David Manten说：“我们在经营所有现有热塑性航空复合材料方面经验丰富，我们正在积极开发一种独特的产品组合，以造福于当前和未来的客户。”“我们的技术路线使我们能够从热塑性复合材料零件扩展到完全集成的结构，从商用飞机和军用飞机扩展到城市空中交通和其他领域。”

内部制造提供多种优势能力

如今，柯林斯公司生产2000多种不同的热塑性复合材料制件，其中数百种制件目前正在资格鉴定中。机身、机翼、尾翼、机舱、飞行操纵面和门上都有这类制件，目前供应给20种不同类型的飞机，从宽体飞机到单通道飞机，从公务机到直升机。

Manten说：“我们希望所开发的工艺过程和能力不仅能解决如机舱之类的传统航空结构部件，而且能扩展到内部结构和起落架部件，以满足更多的客户需求。”

由于柯林斯公司的热塑性复合材料在本公司内部制造，所以该公司能够为客户提供交货时间更短、重量优化和价格具有竞争力的的解决方案。利用最先进的机械、自动化和精益制造原理，柯林斯的生产适应范围很广，从仅由几个简单制件组成的小系列，直到每天达数百件的大批量复杂制件。

Manten解释说：“柯林斯在一个研发团队中拥有所有这些能力，是一站式商店模式，目前在行业中很少见。”“我们的工厂拥有集中的专业知识和能力，有100多名高度专业化的制造专家。我们的总占地面积包括20个研发中心、约70000平方英尺的制造和办公场所。”“我们有8台冲压成型机、10个计算机数控站，并制作了4200多种模具，我们对此感到自豪。”

除了在材料进步和生产自动化方面的投资外，柯林斯还与专门从事热塑性复合材料、机器人和产品制造的知名大学、协会和联合体建立了广泛的合作伙伴关系，以确保持续发展和创新。该公司能够模塑以聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚酮酮（PEKK）和低熔点聚芳醚酮（PAEK）树脂为基体的碳纤维和玻璃纤维增强热塑性预浸料体系（织物和单向带）。

“往前看，我们将扩大我们的能力，将热塑性复合材料引入更大、更复杂和整体化的航空结构，” Manten说。“我们不断创新，以确保我们的材料、模具、工艺能力和自动化处于行业领先地位。”

更节能的制造过程

热塑性复合材料技术在能效方面发挥着重要作用。对于由粘结金属和热固性塑料制成的传统飞机器件，制造过程需要在大型热压罐中固化产品，该作业要消耗大量能量来获得必要的热量和压力。

相比之下，热塑性复合材料不需要与热固性材料相同的化学反应，因此可以通过更高效的非热压罐工艺制造，从而大大减少能耗。使用热塑性塑料，制造时间可以从数小时缩短到数分钟，材料即可成形为所需几何形状。热塑性复合材料可以非常坚固，更耐冲击和高温。事实上，当配以热防护涂层和通风措施时，热塑性复合材料甚至可以承受商用飞机发动机内3000华氏度的温度。

构建成套技术

先进的热塑性复合材料成套技术包括自动纤维铺放（AFP）、多种先进焊接技术和大型冲压成型技术，它使柯林斯公司能够制造比当前制造的器件更大、更复杂和更少紧固件的气动结构。该公司计划在今年晚些时候通过将一个大的弯曲框架焊接到铺纤形成的蒙皮上来演示热塑性复合材料短舱的制造。AFP最终可能导致其他大型结构（如舱门）的成型。

Manten解释说：“使用热塑性AFP，可以将纤维束焊接在一起，并快速将它们固结，此过程可使用更少的能量。”“在固结后，还可以将其他热塑性塑料焊接到上面，以增加制件的复杂性，这是热固性复合材料无法做到的。”

该公司称，通过将热塑性复合材料与自动化制造工艺和卓越的专业知识相结合，柯林斯以更低的成本和更轻的重量生产出复杂形状制件和整体化的航空航天组件。自20世纪40年代以来，柯林斯率先使用尖端工艺和材料技术为商用和军用飞机制造机舱系统和工程结构。作为该领域领先的厂商，公司一直不断拓展和探索，将现代材料和工艺融入其产品。