熱塑性復合材料預(yù)期未來光明，長期以來，航空航天OEMs依賴熱固性碳纖維材料制造飛機的強度極高的復合結(jié)構(gòu)部件。如今，隨著技術(shù)進步，這些OEMs開始接受另一類碳纖維材料，這些技術(shù)進步預(yù)示著可以自動化生產(chǎn)新型非熱固性部件，且具有高產(chǎn)量、低成本和輕重量的特點。盡管熱塑性碳纖維復合材料“已經(jīng)存在很長時間”，但只是最近，航空制造商才考慮廣泛使用它們制造包括主要結(jié)構(gòu)組件在內(nèi)的飛機部件，柯林斯航空航天公司高級結(jié)構(gòu)部門的工程副總裁Stephane Dion說道。熱塑性碳纖維復合材料相較于熱固性復合材料，為航空航天OEMs提供了幾個優(yōu)勢。但直到最近，制造商才能以高效率和低成本生產(chǎn)出熱塑性復合材料部件。在過去五年中，隨著碳纖維復合材料部件制造科學的發(fā)展，OEMs開始超越從熱固性材料制造部件的范疇，首先使用樹脂灌注和樹脂轉(zhuǎn)移模塑(RTM)技術(shù)制造飛機部件，然后采用熱塑性復合材料。GKN AeroSpace在其樹脂灌注和RTM技術(shù)開發(fā)上投入巨資，以實現(xiàn)大型飛機結(jié)構(gòu)部件的高效率和經(jīng)濟性生產(chǎn)。根據(jù)GKN AeroSpace Horizon 3先進技術(shù)計劃的技術(shù)副總裁Max Brown的說法，GKN現(xiàn)在使用樹脂灌注制造方法生產(chǎn)出17米長的單片復合材料機翼梁。Dion表示，過去幾年中，OEMs在復合材料制造上的大量投資還包括戰(zhàn)略性地開發(fā)高容量生產(chǎn)熱塑性部件的能力。

熱固性和熱塑性材料之間最顯著的區(qū)別在于熱固性材料在成型成部件之前必須冷藏，一旦成型，熱固性部件必須在高壓釜中固化數(shù)小時。這些過程需要大量的能量和時間，因此熱固性部件的生產(chǎn)成本往往保持在高水平。固化改變了熱固性復合材料的分子結(jié)構(gòu)，使其不可逆，從而賦予部件強度。然而，在當前技術(shù)發(fā)展階段，固化也使得部件中的材料不適合再次用于主要結(jié)構(gòu)組件。

然而，Dion指出，熱塑性材料制成部件時不需要冷藏或烘烤。它們可以被壓成簡單部件的最終形狀——空客A350機身框架的每一個支架都是熱塑性復合材料部件——或更復雜組件的中間階段。熱塑性材料可以通過各種方式焊接在一起，允許從簡單的子結(jié)構(gòu)制造出復雜、高度成形的部件。Dion表示，今天主要使用感應(yīng)焊接，它只允許從子部件制造出平面、厚度恒定的部件。然而，柯林斯正在開發(fā)用于連接熱塑性部件的振動和摩擦焊接技術(shù)，一旦認證，它預(yù)計最終將能夠生產(chǎn)“真正先進的復雜結(jié)構(gòu)”。通過焊接熱塑性材料來制造復雜結(jié)構(gòu)的能力，使制造商可以摒棄熱固性部件所需的金屬螺釘、緊固件和鉸鏈來進行連接和折疊，據(jù)Brown估計，這樣可以帶來大約10%的重量減輕優(yōu)勢。

據(jù)海外研究機構(gòu)分析到2030年，熱塑性復合材料的全球市場預(yù)計將達到460億美元。2022年，該市場的估計規(guī)模為263億美元，預(yù)計在2022-2030年的分析期間以7.2%的年復合增長率(CAGR)增長。報告分析的一個細分市場，短纖維熱塑性(SFT)復合材料，預(yù)計將以6.9%的CAGR增長，并在分析期末達到257億美元。長纖維熱塑性(LFT)細分市場的增長在未來8年的預(yù)測期內(nèi)估計為8%的CAGR。

在國際上，熱塑性復合材料領(lǐng)域正在經(jīng)歷顯著的發(fā)展和增長。例如，GKN在荷蘭Papendrecht生產(chǎn)的翼尾部包含了熱塑性方向舵和升降舵，體現(xiàn)了這些材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用潛力 [進一步的技術(shù)進步，如高容量制造和熱塑性碳纖維部件的焊接，激勵了原始設(shè)備制造商(OEMs)對這種材料的更多應(yīng)用進行研究。市場研究表明，熱塑性復合材料的全球市場預(yù)計將從2022年的260億美元增長到2030年的460億美元，復合年增長率為7.2% 這一增長受到多個因素的驅(qū)動，包括汽車產(chǎn)業(yè)對輕質(zhì)熱塑性復合材料需求的增加，電動車(EVS)生產(chǎn)和采納的提升，以及航空業(yè)的穩(wěn)步復蘇。熱塑性復合材料因其在重量和燃料成本減少方面的優(yōu)勢，以及在建筑和建材、消費電子產(chǎn)品、風能和軍事航空等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，成為多個行業(yè)的首選材料。此外，隨著對環(huán)境友好和可持續(xù)材料需求的增加，熱塑性復合材料的研發(fā)和應(yīng)用也在向更加環(huán)保和可回收的方向發(fā)展。持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用拓展表明，熱塑性復合材料在未來幾年內(nèi)將持續(xù)在全球市場上擴大其影響力。

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