热塑性树脂复合材料应用
树脂基复合材料在新能源汽车领域的应用 王瑞刚
树脂基复合材料在新能源汽车领域的应用王瑞刚摘要：介绍了树脂基复合材料在新能源汽车领域应用的优越性，阐述了树脂基复合材料在新能源汽车领域的工艺应用现状及应用成果，探讨了LFT-D树脂基复合材料成型工艺在新能源汽车中的发展趋势及应用前景展望。
关键词：树脂基复合材料新能源汽车加工工艺 LFT-D工艺引言2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》规划，明确定义节能与新能源汽车为10大重点领域之一，实现2020年自主品牌新能源汽车达到100万辆，2025年达到300万辆的目标。
并通过对新材料领域技术路线图的解析，明确了突破轻质材料、复合材料汽车零部件性能分析、成形及连接等技术问题的任务；并把提高资源回收利用效率，构建绿色循环经济作为一项重点任务来抓。
轻量化技术领域的相关研究得出，重量的减轻直接意味着续航里程的增加。
如纯电动汽车整车重量若降低 10kg，续驶里程则可增加 2．5km，提升电动汽车的续驶里程，除了加强电池和驱动系统之外，与车身轻量化的程度也密不可分，而车身轻量化最明显的特征就是材料的选择。
目前，应用于新能源汽车的轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金、树脂基复合材料等几种[1]。
一、树脂基复合材料概述1、树脂基复合材料概念树脂基复合材料又称为纤维增强塑料，属于复合材料范畴，是有两种或两种以上的独立物理项，包含树脂基材（热固性树脂或热塑性树脂）和增强材料经成型工艺复合而成的复合材料，采用的增强材料通常有玻璃纤维、碳纤维、植物纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等[2]。
2、纤维增强树脂基复合材料性能特点1）质量轻、比强度高。
材料密度较小，一般密度在1.2-2.0之间，只有普通碳钢的1/5-1/4。
比强度高，承载能力强，可以大幅度减轻汽车自重，降低能耗。
2）设计自由度高。
树脂基复合材料的物理、化学及力学性能，可以通过原材料的选择、配比、工艺、纤维含量和铺放方式的不同进行设计，满足不同制品结构的需求。
玻璃纤维增强塑料的行业现状
玻璃纤维增强塑料的行业现状玻璃纤维增强塑料，简称GFRP，是一种由玻璃纤维和热塑性或热固性树脂组成的复合材料。
它具有质轻、高强度、抗腐蚀和绝缘等特性，在建筑、汽车、船舶、风力发电和卫生间等领域得到了广泛的应用。
本文将从行业现状、市场前景和关键挑战三个方面，探讨GFRP行业的发展情况。
一、行业现状1.市场规模据市场研究公司预测，GFRP市场规模将从2019年的303亿美元增至2025年的480亿美元，年平均增长率为7.2%。
其中，建筑领域需求占据全球GFRP市场的60%，汽车、船舶、风力发电和卫生间等领域占据剩余40%。
2.主要生产国家目前，中国、美国、日本、德国和法国是全球GFRP制造业的主要生产国家。
其中，中国作为世界上最大的GFRP生产国之一，占据了全球市场的30%以上。
在中国，江苏、浙江和广东等地的GFRP生产企业占据了行业的领先地位。
3.产品质量GFRP的质量是影响市场竞争力的重要因素。
由于GFRP行业的技术门槛较低，市场上存在一些质量不过关、价格低廉的劣质产品。
因此，要提高GFRP产品的质量，需要加强质量管理，采用优质的原材料和制造技术，加强监管和执法力度等措施。
二、市场前景1.建筑领域GFRP在建筑领域的应用日益广泛。
据预测，到2025年，GFRP在建筑领域的市场份额将从2019年的60亿美元增至87亿美元，年平均增长率为8.2%。
GFRP结构件具有质轻、高强度、抗腐蚀等特点，逐渐被应用于桥梁、建筑立柱、板壳、装饰材料等建筑结构领域。
2.汽车领域随着汽车轻量化和燃油效率要求的提高，GFRP在汽车领域的应用也逐渐增多。
据预测，到2025年，GFRP在汽车领域的市场份额将从2019年的35亿美元增至51亿美元，年平均增长率为6.2%。
GFRP的轻质、高强度和抗腐蚀能力能够满足汽车轻量化和环保节能的要求，同时还能提高汽车的安全性能。
3.其他领域除建筑和汽车领域外，GFRP还在船舶、风力发电和卫生间等领域得到应用。
新型复合材料的发展及应用
新型复合材料的开展与应用复合材料是应现代科学技术开展而涌现出的一类具有极大生命力的新材料，它们均由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合起来而得到的一种多相固材料。
复合材料区别于单一材料的显著特征是材料性能的可设计性，即经过选择性设计和加工，通过各组分性能间的相互补充，可获得新的优良性能。
生活中有许许多多的复合材料，传统的复合材料有钢筋混凝土，玻璃钢鱼竿、一体成型的鞋子、用于开关绝缘的合成树脂等。
新型复合材料是具有更高性能的材料，具有比强度高、比模量高、密度低等，它包括用碳、芳纶、瓷等纤维和晶体等高性能增强体与耐热性好的热固性和热塑性树脂基构成的高性能聚合物复合材料。
人类在远古时代就从实践中认识到，可以根据用途需要，组合两种或多种材料，利用性能优势互补，制成原始的复合材料。
所以，复合材料既是一种新型材料，也是一种古老的材料。
复合材料的开展历史，可以从用途、构成、功能，以及设计思想和开展研究等，大体上分为古代复合材料和现代复合材料两个阶段。
古代复合材料在东郊半坡村仰韶文化遗址，发现早在公元前2000年以前，古代人已经用草茎增强土坯作住房墙体材料。
在金属基复合材料方面，中国也有高超的技艺。
最具代表性的如越王剑，是金属包层复合材料制品，不仅光亮锋利，而且韧性和耐蚀性优异，埋藏在潮湿环境中几千年，出土后依然寒光夺目，锋利无比。
5000年以前，中东地区用芦苇增强沥青造船。
古埃及墓葬出土，发现有用名贵紫檀木在普通木材上装饰贴面的棺撑家具。
古埃及修建金字塔，用石灰、火山灰等作粘合剂，混和砂石等作砌料，这是最早最原始的颗粒增强复合材料。
但是，上述辉煌的历史遗产，只是人类在与自然界的斗争实践中不断改进而取得的，同时都是取材于天然材料，对复合材料还是处于不自觉的感性认识阶段。
到了19世纪，两次工业革命的进展，天然聚合物的性能已经不能满足工业开展对材料性能的需要。
工业革命的进展、经济实力的迅速开展，带动科学技术巨大开展，不同于天然材料的现代复合材料应运而生。
高性能热塑性树脂基复合材料的研究进展
综述高性能热塑性树脂基复合材料的研究进展陈平于祺孙明陆春(大连理工大学化工学院高分子材料系,116012)摘要近些年来,纤维增强热塑性树脂基复合材料已逐步发展成为复合材料中一个高性能、低成本的新型材料家族。
本文主要介绍了各种高性能工程塑料和增强纤维的发展,连续纤维增强热塑性树脂的浸渍工艺及成型工艺,最后还介绍了热塑性纤维复合材料的发展趋势。
关键词热塑性树脂;高性能;纤维增强;复合材料Advances in High Performance FRTP CompositesChen Ping Yu Qi Sun Ming Lu Chun(Department of Polymer Science and Material,Dalian Uni versity of Technology,Dalian,116012) ABSTRACT In recent years,fiber reinforced thermoplastic composite materials has become a new family member of composites wi th high performance and low cost materials.T his paper mainly introduces the develop ment of hi gh performance thermoplastic and reinforced fiber,the impregnating process and forming techniques of the thermoplastic resin rei nfor ced with the continuous fiber.At last,the developing trend of the thermoplastic composites is also introduced.KEYWORDS thermoplastic resin;high performance,fiber rei nforced;composi tes1前言自50年代树脂基复合材料问世以后的几十年来,一直以热固性树脂基复合材料为主流发展着。
树脂作用,应用
树脂一般不溶于水，能溶于有机溶剂。
按来源可分为天然树脂和合成树脂；按其加工行为不同的特点又有热塑性树脂和热固性树脂之分。
热塑性酚醛树脂的聚合温度为100℃，而聚酰亚胺预聚温度更高，前者可在100℃前自由升温、后者是180℃前自由升温。
前者在140℃后与硬化剂有固化反应，后者为180℃后预聚合、故均应慢速升温。
广义地讲，可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。
树脂是制造塑料的主要原料，也用来制涂料(是涂料的主要成膜物质,如:醇酸树脂、丙烯酸树脂、合成脂肪酸树脂，该类树脂于长三角及珠三角居多，也是涂料业相对旺盛的地区，如长兴化学、纽佩斯树脂、三盈树脂、帝斯曼先达树脂等)、黏合剂、绝缘材料等，合成树脂在工业生产中，被广泛应用于液体中杂质的分离和纯化，有大孔吸附树脂、离子交换树脂、以及一些专用树脂。
热固性树脂（玻璃钢一般用这类树脂）：不饱和聚酯/乙烯基酯/环氧/酚醛/双马来酰亚胺（BMI）/聚酰亚胺树脂等。
热塑性树脂：聚丙烯（PP）/聚碳酸酯（PC）/尼龙（NYLON）/聚醚醚酮（PEEK）/聚醚砜（PES）等。
合成树脂是由人工合成的一类高分子聚合物。
合成树脂最重要的应用是制造塑料。
为便于加工和改善性能，常添加助剂，有时也直接用于加工成形，故常是塑料的同义语。
合成树脂还是制造合成纤维、涂料、胶粘剂、绝缘材料等的基础原料。
合成树脂种类繁多，其中聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）和ABS树脂为五大通用树脂，是应用最为广泛的合成树脂材料。
ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是大宗通用树脂，经过改性（加添加剂或合金等方法）提高性能后的ABS属工程塑料，ABS合金产量大，种类多，应用广，是主要改性塑料。
ABS为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性，尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等，且易于加工成型。
缺点是耐候性，耐热性差，且易燃。
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展摘要：随着低碳经济、碳中和等环保理念的呼声不断高涨，低能耗、可回收的高性能复合材料的需求量不断增加。
高性能复合材料可作为关键的轻型承重材料，应用于风力涡轮机叶片根部加强件、高压绝缘子芯棒和建筑应用中的梁等。
不同于热固性拉挤成型复合材料，热塑性复合材料不需要化学固化，生产效率高、污染小、原材料利用率高，且制件具有可回收、可焊接、使用寿命长的特点，因此国内外都在积极开展高效率、低成本的热塑性复合材料生产工艺的研究。
基于此，本文章对纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展进行探讨，以供相关从业人员参考。
关键词：纤维增强热塑性复合材料；拉挤成型工艺；研究进展引言纤维增强热塑性复合材料比热固性树脂复合材料具有更高的比强度和冲击强度，不需要特殊的储存和运输条件，易于维修和可回收再加工。
因此热塑性复合材料在加工性、效率、全寿命周期内的环保性和成本都明显优于热固性复合材料。
碳纤维增强热塑性聚合物复合材料是树脂基复合材料的发展方向，具有广阔的应用前景。
一、拉挤成型工艺拉挤成型工艺由于其生产效率高、拉挤制品纤维含量高、原材料成本低等优点被广泛应用于各种复合材料的生产制造中。
将拉挤成型工艺与热塑性复合材料相结合可充分发挥复合材料的优势，实现各种断面和空腔型材的高效生产。
热塑性树脂普遍存在黏度大的问题，导致了纤维浸渍困难，因此纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的改进方向主要集中在纤维浸渍方式上。
根据浸渍方式不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺两大类。
从目前生产应用的角度来看，非反应型拉挤成型过程部分浸渍工艺与热固性复合材料拉挤成型工艺相似，技术更加成熟，设备投资也相对降低，因此应用更加广泛，而反应型拉挤成型工艺对生产设备要求高，技术难度较大，因此应用范围相对较小。
二、纤维增强热塑性复合材料特点复合材料基本上是一种新型材料，在对两种性质不同的材料进行物理或化学处理后进行加工，其性质相对较高。
常见树脂的结构性能与用途
常见树脂的结构性能与用途树脂是一类高分子化合物，具有较高的分子量和相对分子质量，其通过聚合反应形成的聚合物具有特定的结构性能和用途。
常见的树脂包括热塑性树脂和热固性树脂，它们在材料工程、化工、电子和航空航天等领域中得到广泛应用。
以下是对常见树脂的结构性能和用途进行详细介绍：1.聚乙烯（PE）：聚乙烯是一种热塑性树脂，常见的有低密度聚乙烯（LDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）。
它们具有较低的熔点、较高的柔韧性和优良的绝缘性能，用于制备塑料袋、瓶盖、绝缘隔热材料等。
2.聚丙烯（PP）：聚丙烯是一种热塑性树脂，具有较高的熔点和优良的抗冲击性能。
其分子链中含有丙烯基，使其具有较好的耐腐蚀性和耐溶剂性。
聚丙烯广泛应用于包装材料、纺织品、汽车零部件等领域。
3.聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯是一种热塑性树脂，由乙烯单体与氯气反应而成的。
它具有良好的耐候性、电绝缘性和耐化学腐蚀性。
聚氯乙烯可用于制备建筑材料、电线电缆、塑料地板等。
4.聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯是一种热塑性树脂，具有良好的透明性、抗冲击性和绝缘性能。
常见的有普通级聚苯乙烯（GPPS）和高冲击级聚苯乙烯（HIPS）。
聚苯乙烯广泛应用于家电外壳、包装材料、餐具等。
5.聚酯（PET）：聚酯是一种热塑性树脂，具有较高的强度和优良的耐磨性。
常见的有聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯对苯二甲酸乙二酯（PETG）。
聚酯广泛应用于纺织品、食品包装、电子产品等。
6.酚醛树脂：酚醛树脂是一类热固性树脂，具有优良的耐高温性、耐腐蚀性和耐电性能。
常见的有酚醛树脂（PF）、氮杂酚醛树脂（PN）、三聚氰胺酚醛树脂（MF）等。
酚醛树脂广泛应用于制备绝缘材料、电子组件、管道和管件等。
7.聚氨酯（PU）：聚氨酯是一种热塑性或热固性树脂，具有较高的强度、耐磨性和柔韧性。
它可以根据需要进行调整，制备软硬度不同的产品。
聚氨酯广泛应用于汽车零部件、家具、鞋材、涂料和胶粘剂等。
8.环氧树脂（EP）：环氧树脂是一种热固性树脂，具有优良的机械性能、耐化学腐蚀性和绝缘性能。
聚酰亚胺树脂复合材料
PMR-Ⅱ聚酰亚胺旳合成与PMR-15 聚酰亚胺类 似，但因为二胺在醇溶剂中旳溶解度问题，PMRⅡ聚酰亚胺旳贮藏时间也比较短。同步使用了价 格昂贵旳含氟单体，所以，其价格也远远高于 PMR-15聚酰亚胺。
其他PMR型树脂
其 他 品 种 旳 PMR 型 聚 酰 亚 胺 树 脂 涉 及 ： LaRCTM系列、V-CAP以及AFR-700等。
112
20
20
59
52
108
55
105
52
98
51
87
46
75.3
33.0
100
46
91
57
110
53
从上表中可看出，采用了刚性 分子链旳树脂玻璃化转变温度都较 高，但高温力学性能却普遍降低。 所以PMR-15型聚酰亚胺树脂作为综 合性能最佳旳基体树脂在实际应用 中依然占据着主要地位。
PMR型聚酰亚胺复合材料层合板力学性能
聚酰亚胺树脂 PMR型聚酰亚胺树脂及其复合材料 聚酰亚胺树脂复合材料旳应用
聚酰亚胺（PI/Polyimide）
聚酰亚胺是主链中具有酰亚胺基团旳 杂环聚合物旳总称,涉及体型旳热固性聚 酰亚胺和线型旳热塑性聚酰亚胺。它起 始发展于20世纪40、50年代初，经过近 50年旳发展，聚酰亚胺已经成为高分子 材料领域中一种相当活跃旳研究方向。 它旳性能优良，应用范围广，尤其是在 先进复合材料领域。但是，它旳合成和 制造成本较高。所以，在单体合成和聚 合措施上寻找降低成本旳途径成为今后 聚酰亚胺研究旳主要方向。
PMR措施最大旳优越性是为一大类热 氧化稳定性能好而工艺性差旳耐热聚合 物提供了制造低孔隙率、高质量复合材 料旳可能性。
第一代PMR聚酰亚胺/PMR-15
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摘要：热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。
尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。
热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用，必须进入机体主承力构件，然而，热塑性应用于主承力构件还三个挑战，即原材料成本高，铺放工艺缓慢，以及预浸料粘性问题。
关键词：热塑性复合材料碳纤维机体内饰主承力结构热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。
尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。
1 热塑性复合材料的民机应用潜质以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亚胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）为基体的先进增强热塑性复合材料（TPC），具备高刚度、低加工成本和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。
这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。
为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据：热塑性复合材料比钢轻60%，硬度是其6倍；比铝轻30%；比热固性复合材料强韧2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生产中比板材少60%碎屑。
上述性能特点和数据对比表明，热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料，并且在民机应用上拥有巨大的潜质，甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。
2 热塑性复合材料在民机上的典型应用目前，热塑性复合材料（TPC）在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上，这其中，碳纤维增强PPS的TPC占大多数。
2.1 机体结构件机体结构件中，TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上，这些零件都是外形比较简单的次承力构件。
空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。
空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。
每个机翼有8个固定前缘构件，其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。
在固定前缘蒙皮的纤维铺放中，制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。
图1 空客A380热塑性机翼前缘空客A350客机机体的热塑性复合材料主要分布在可移动翼梁和肋上以及机身连接处1。
应用量最大的是一系列机身连接零件，每架A350需要大约8000个，这些零件位于机身11段到15段，连接机身复合材料壁板与内部的复合材料框架结构。
这些零件外形各异，部分是简单的L形，其它更为复杂，它们的尺寸在任何一个维度上都不超过203mm。
这些机身连接零件使用碳纤维/PPS材料，通过先进的集成化单元完成制造，每个单元都拥有执行材料运输的机器人夹持系统、执行材料预热的红外加热器以及执行材料固化的液压式热冲压机。
图2 空客A350热塑性机身零件湾流G650公务机在热塑性复合材料应用方面是一个里程碑，它的压力隔框肋板则使用了碳纤维/PEI材料，而方向舵和升降舵都使用了碳纤维/PPS材料，后者标志着民机主控制面采用热塑性复合材料的时代已经到来。
方向舵和升降舵的碳纤维/PPS多肋结构比常规的碳纤维/环氧三明治结构轻10%、便宜20%，利用先进的感应焊技术替代胶接和铆接是一个重要的成本削减因素，也是一项技术创新。
参与G650方向舵和升降舵研制的湾流公司、福克航空结构公司、TenCate 先进复材公司、KVE复材公司、Ticona工程聚合物公司因此获得了2010年的JEC大奖。
(2014年10月27-29日，福克航空将委托TENCATE先进复材公司在SAMPE中国2014年会上展出热塑性复合材料方向舵。
欢迎点击“阅读原文”预约参观。
)图3 湾流G650热塑性方向舵阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机的平尾采用了碳纤维/PPS材料2，比常规热固性复合材料的设计轻了15%，成为占机体重量近50%的复合材料中的一大亮点。
平尾外形长3m，弦长0.62m，厚0.15m，前缘12个肋，后缘14个肋，前后缘蒙皮分别厚0.6mm和0.9mm。
3m长的盒型梁由2个Ω形的构件组成，Ω形构件及其上下稍弯曲的蒙皮在共固化中连接。
福克航空结构公司开发的模具带有可移除的内部心轴，可以让梁在一个步骤中成形，只需数分钟。
图4 阿韦AW169热塑性平尾此外，空客A400M运输机的驾驶舱地板和复合材料机身防冰板分别使用了碳纤维/PPS和玻璃纤维/PPS材料。
其中，驾驶舱地板尺寸3.05m*3.06m，是目前最大的碳纤维热塑性航空结构之一。
图5 空客A400M驾驶舱地板可以看到，上述机体结构件几乎都是采用的PPS热塑性树脂。
PPS是可用于航空的热塑性材料中成本最低的材料解决方案，可以很容易地与增强体制成预浸带，有着优秀的强度、硬度和方向稳定性，具备工艺和环保优势，可以使用快速制造工艺。
此外，PPS对燃料、油料、溶剂和防冰剂有良好的抵抗力，具备极低的吸湿性，这使其在内饰件上也有着广泛的应用。
2.2 内饰件内饰件方面，TPC的应用更加广泛，座椅、行李架导轨、个人空气系统导管等。
切削动力公司、TenCate公司、Ticona工程聚合物公司和A&P技术公司联合开发的碳纤维/PPS热塑性复合材料座椅，获得了2011年JEC大奖。
波音787的行李架顶部导轨使用了C形和L形的TPC，个人空气系统导管使用了玻璃纤维/PEI材料；庞巴迪“全球快车”公务机的窗框使用了玻璃纤维/PPS材料。
此外，SABIC创新塑料公司和Tri-Mack塑料制造公司分别开发了可用于飞机内饰件的碳纤维/PEI材料和碳纤维/PEEK材料，应用范围包括小桌板支杆、托架，以及扶手、踏板好咖啡壶底架等厨房用品。
其中，碳纤维/PEEK材料比金属减重70%，疲劳强度达4~5倍；比热固性复合材料制造周期快数倍以上，材料回收能力更强；加之其耐化学和耐腐蚀性，以及振动和噪声抑制的改进，是金属和热固性复合材料内饰件的良好替代材料。
3 热塑性复合材料民机主承力构件的研究进展热塑性复合材料（TPC）在民机应用上的巨大潜质，使得民机制造商一直非常关注该材料在民机主承力构件上的应用，并开展了众多研究，研究的重点是主承力构件的先进制造工艺。
这其中，欧洲尤其是荷兰的贡献不可小视，欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目已经进入第6个年头，依托荷兰TPC技术，项目产生了大量成果；波音也与荷兰TenCate先进复材公司、斯托克·福克公司以及Twente大学建立了热塑性复合材料研究中心（TPRC）；此外，加拿大的魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）也在关注直升机TPC构件。
3.1 欧盟框架计划的进展3.1.1欧盟框架计划的进展欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目于2009年启动，目的是为空客公司开发TPC平翼扭矩盒和尾翼结构，进一步增加TPC 在当前和未来飞机上的应用比例，如A320neo客机。
项目将分为两个阶段，在2017年完成3，目标是两个构件的材料、制造工艺、设计概念和模具设备达到技术成熟度分别达到4级和6级。
技术难点包括：开发和验证适合的材料，“对接接头”连接，制造技术，如纤维焊接、压力成形和纤维铺放。
TAPAS项目的成员包括空客、荷兰福克航空结构公司、TenCate先进复材公司、Technobis 纤维技术公司、荷兰热塑性复材公司（DTC）、KVE复材集团、机载复材公司、KE工厂公司、CODET公司、荷兰国家航空实验室（NLR）、Delft 技术大学和Twente大学等。
项目的第一阶段已于2013年完成，采用碳纤维/PEKK材料开发主承力结构，项目制造的TPC平尾扭矩盒和机身验证件分别达到了技术成熟度3级和5级。
TPC 尾翼扭矩盒基于G650的垂尾中央部分重新设计，展长12m，其中，蒙皮厚度从2mm~8mm之间变化，采用单向预浸带制造。
福克航空结构公司采用一种利用焊接的“对接接头”方式在蒙皮上集成了T型加强筋，据称这在制造工艺、成本和重量上都是革命性的。
由于TPC固有的韧性能更好地阻止裂纹扩展，能够将蒙皮设计得更薄，因此与热固性复合材料构件相比，该扭矩盒减重10%。
TPC 机身验证件长4m，双曲面外形，其中加强筋长3m，厚度从2.48~5.50m之间变化。
DTC公司开发了该机身加强筋，及其制造工艺：数控切割TPC材料，机器人铺放，真空预固化，自动运输，压力成形，整个过程仅需15min。
图6 热塑性扭矩盒验证件项目的第二阶段于2014年初开始，将继续提升TPC扭矩盒和机身的技术成熟度，使其获得市场的关注4。
对于扭矩盒的研究，接下来将开发可获应用认证的材料和工艺；开发一个能够存放燃油的“湿”盒；使用将梁与蒙皮焊接起来的一种结构。
对于机身的研究，主要挑战在于控制蒙皮厚度，特别是对于A320neo或者737max这样的单通道客机，韧性的TPC薄蒙皮结构固然更合适，但其厚度极限需要验证，尤其是考虑到如冰雹撞击或维修工具冲击下的局部载荷作用。
欧盟框架研究计划中还有一个“经济的先进前缘结构”（COALESCE）项目，开发多肋薄蒙皮设计的前缘，蒙皮在铺放过程中利用激光电焊加热，肋是片状预成形件，与蒙皮在共固化过程中以“对接接头”方式连接。
A380固定前缘的焊接接头剥离强度是10N/mm，而带圆角的“对接接头”要强10倍，而且以该方式生产的前缘结构比A380的成本低30%。
图7 带圆角的“对接接头”3.2其它的研究进展福克航空结构公司在TAPAS项目之外还开发了几个验证件：TPC带筋翼面壁板、TPC正弦梁、TPC带筋机身壁板。
采用“对接接头”连接T型加强筋的TPC 翼面壁板比碳纤维/环氧材料减少了15~30%的成本。
正弦梁采用碳纤维/PEKK 材料，其设计制造也得益于“对接接头”的开发，使该结构比简单I型梁具备更高硬度和抗弯性，而热固性复合材料难以快速、经济地制造这样的结构。
机身壁板由碳纤维/PEEK材料制造5，在阴模中铺放，先铺垂直筋条，再自动铺放蒙皮，随后蒙皮和筋共固化，最后使用感应焊技术把水平框架和壁板连接起来。
图8 热塑性机身壁板验证件加拿大魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）包括庞巴迪、贝尔直升机和普惠加拿大等企业、大学和政府组织，它们完成了两个TPC结构的开发项目：轻型直升机划橇式起落架TPC薄壁、圆锥形管件；1.2m长的直升机TPC尾梁，尾梁必须承受重要的弯矩，以及发动机高温排气。