在熱塑性復合材料領域一路領先

增強塑料：空中客車的機翼前緣是由熱塑性復合材料制成的，是這樣嗎？

Arnt Offringa：對。它們由玻璃纖維增強聚苯硫醚（PPS）制成。PPS第一次應用是在A340系列；然后使用在A380上，其前緣的整個翼展都由PPS制成。這是一個加載部件，以前是用鉚接鋁制成的。但當設計轉化為使用輕質熱塑性復合材料時，為了保持成本控制，所采用的焊接技術就變得尤為重要。

空中客車A380 機翼的前緣（“J-nose”）由玻璃纖維增強的聚苯硫醚制成。

在投入生產之后， 我們開發了下一代產品：比如Gulfstream G650和Dassault F5X這類商用飛機的尾部控制面。那些也是加載組件。它們由碳纖維增強PPS 制成。

可以說，?？薋okker的熱塑性復合材料是引領塑料領域的先鋒材料。

增強塑料：從玻璃纖維到碳纖維增強熱塑性塑料，需要對制造過程做怎樣的改變？

Arnt Offringa：我們需要使用不同的焊接技術。玻璃纖維產品使用電阻材料焊接：用電加熱導電材料。碳纖維就會有些問題，因為它們會短路電阻材料。所以對碳纖維產品我們使用感應焊接。這很像你在家做的感應烹飪。磁場使電流流過碳纖維，局部加熱它們以形成焊縫。

增強塑料：飛機的哪些其他部分能夠用熱塑性復合材料來替代？

Arnt Offringa：我們的目標是從我們已經擁有的產品上升到能夠承受更高負荷的、更大的產品。例如完整的飛機尾部。但也許我們在機身部件上會與空中客車進行合作。使用復合材料制作產品并不是一件容易的事。但熱塑性塑料由于其高韌性而提供了特殊的機會。

A380 J-nose 的焊接工藝。

至于這些新的復合材料產品，我們正在使用的是略高級的熱塑性基體：聚醚酮酮（PEKK）。它具有比PPS更高的耐溫性，并且非常堅韌。PEKK與碳纖維結合是目前我們正在關注的聚合物。

我們還正在開發新的焊接技術，如超聲波焊接。超聲波是點焊。而對于較長的焊接，則使用感應焊接。我們正在開發一種我稱之為傳導焊接的技術。它使用加熱模具操作，其被快速加熱和冷卻。我們希望通過傳導焊接實現更高的生產速度，因為它使我們能夠一次焊接6至10米。這個技術現在還處于實驗室階段，需要幾年才能投入生產。這是因為在航空行業要進行所有必要的測試和認證需要更多的時間。

增強塑料：激光焊接是一種可行的替代方案嗎？

Arnt Offringa：在某個連接部件是透明的情況下，可以進行激光焊接。但是對于承重部件我們將主要使用碳纖維材料，是不能使用激光焊接的。

增強塑料：所以下一階段是機身部分傳導焊接碳纖維增強PEKK ？

Arnt Offringa：我們正在研究其他大型部件，如翼展達十幾米完整的機尾。我們也在研究飛機著陸襟翼：它們在起飛和著陸時會產生額外的升力，并且載荷非常大。

一名工人正在接受加工A380 J-nose 的培訓。

復合材料零件自八十年代初以來就一直伴隨著航空工業。但是，完成機身和翅膀的復合材料的轉變是最近才發生的事。

一般來說，你可以說復合材料的疲勞性能比金屬性能好。你可以在復合材料中實現更輕的結構。特別是熱塑性復合材料由于其較高的韌性而具有額外的潛力。

我們已經發現，熱塑性復合材料的優點之一是在層壓板中幾乎沒有任何損壞以及現有損壞的擴大。我們幾年前對一個PEKK復合材料構造的飛機尾翼做了測試。在那里我們看到故意施加的損壞在測試期間、甚至在疲勞測試期間，都沒有增大。這是由于這些聚合物特有的韌性。

在TAPAS 項目（http://www.tapasproject.nl/en/） 中， 正在開發的商用噴氣機尾部，使用一種纖維鍵接和對接接頭加強的碳纖維增強PEKK。

波音787現在幾乎完全由復合材料制成：機翼和機身都是復合材料。其大型維護間隔已從6年增加到13年。這是得益于復合結構較低的疲勞敏感性。

增強塑料：熱塑性復合材料的優點已經顯而易見了：更高的工作壽命、更輕的重量、更少的燃料消耗、更長的維修間隔。 但是它有什么缺點呢？

Arnt Offringa：最大限度地減輕重量的同時保持成本控制，是復合材料應用時的挑戰。復合材料的材料成本比鋁高得多。但如果我們進行綜合比較，就還必須考慮其生產成本。這就是為什么像焊接熱塑性復合材料這樣的解決方案對于優化整個包裝成本和性能如此重要。

增強塑料：所以雖然材料更貴了，但也更堅韌、更輕和更強。為了補償更高的材料成本，必須在生產技術方面具有創新性。那么，自動化和生產過程的部分自動化是否很重要？

Arnt Offringa：是的。通常對于復合材料來說：隨著產品尺寸越來越大、數量越來越多，自動化生產是趨勢。熱塑性塑料還具有一些額外的優勢。例如，你可以融化聚合物，或使用如焊接等可以削減成本的制造方法。

對這種碳纖維增強PEKK 表皮的全尺寸測試。

我們正在研究的另一種技術，我稱之為“共同固結（coconsolidating）”。就是將子組件融合成一個產品，實現高水平的集成。例如，熔化機身或機翼蒙皮及所有的加強元件。然后我們可以使用焊接技術連接所有零件。這種組合在成本上是非常有吸引力的。它甚至能夠與鋁結構競爭高下，鋁結構往往是鉚接在一起的。如果你可以遠離鉆孔和鉚釘，將創造巨大的成本優勢。

增強塑料：是否還有可能進一步增加飛機中復合材料的重量百分比？

Arnt Offringa：在2000年左右，機身后端已經是由復合材料制成了。所以在十年前空客A380整個飛機的重量已經有25%是復合材料。波音787的到來邁上了一個嶄新臺階，而空客A350緊隨其后。現在，波音787或空中客車A350的重量約為50%的復合材料。

整個機翼、機身和尾部都是由碳纖維復合材料制成?，F在，除了一些非常重的機身桁架在是由鈦制成的。當然，發動機也不是由復合材料制成的。它們相當重。但是那些是在非常高的溫度下運行的燃氣渦輪機。使它們脫離復合材料將是不合邏輯的。因此，復合材料的百分比已經非常高了。我們現在所關注的是，看到熱塑性復合材料還能走多遠.。

增強塑料： ?？耍‵okker） 和空客也在開發和使用GLARE（玻璃層壓鋁增強環氧樹脂）方面打開了新的領域，玻璃層壓鋁增強環氧樹脂是一種由鋁和玻璃纖維層與環氧樹脂粘合而成的材料。GLARE提供了復合材料與鋁相比的一些優點（例如更好的耐損傷性、更好的耐腐蝕性、更好的耐火性、更低的重量，以及可能定制纖維的數量、類型和取向），但傳統的金屬材料技術仍然在構造上和修復中占有優勢是。那么，GLARE的未來是什么？

Arnt Offringa：這是一個非常重要的材料，特別是對于空中客車380 的機身。前我們正在與空中客車公司進行一項可行性研究，在某些空中客車飛機的機身上使用GLARE。對于自動化生產過程也是一個非常重要的參數。

GLARE是一種混合材料：它是金屬和復合材料的混合物。我認為你可以安全地說，雖然復合材料可以實現最大程度的重量減輕，但GLARE 技術在應用時間上更具優勢。比我們正在研究的熱塑性復合材料，它是一個更簡單的技術，因此更有可能在較短的時間內被引進到新的機身結構中來。所以，如果你想實現快速改進，GLARE通常是最合適的材料。

增強塑料：更多的外來材料會怎么樣？ 例如，轉變為復合材料之后是轉變為碳納米管？

Arnt Offringa：現在我不能肯定。我看不到一個納米材料稱得上是連續碳纖維的真正的替代品。但是納米材料可以作為改善復合材料的某些性能的添加劑，例如電導率。

碳納米管和納米材料是我們非常密切關注的發展領域。我們與相關的知識機構與公司保持著聯系，關注他們的工作。但我們自身并不積極地去發展這一領域。我們預計這些材料的適用性仍需要一段時間。