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復(fù)合材料被稱為航空航天未來的形狀。憑借其高強(qiáng)度、低重量和耐用性的制勝組合，很容易看出原因。30多年來，空中客車公司率先在其商用噴氣式客機(jī)中使用此類材料，從 A310 的垂直尾翼到今天的 A350 XWB，飛機(jī)一半以上的結(jié)構(gòu)都是復(fù)合材料。
本質(zhì)上，復(fù)合材料是由兩種或多種具有不同物理或化學(xué)性質(zhì)的組成材料制成的。當(dāng)組合在一起時(shí)，復(fù)合材料表現(xiàn)出有益的物理特性，與單獨(dú)的部件所能提供的完全不同。日常生活中常見的復(fù)合材料包括膠合板和鋼筋混凝土。
從機(jī)頭到機(jī)尾，空客在其噴氣式客機(jī)產(chǎn)品線中使用了先進(jìn)的復(fù)合材料，這些材料一直處于材料科學(xué)的前沿。一種特別突出的材料是碳纖維增強(qiáng)塑料或 CFRP。碳纖 維復(fù)合材料由用塑料樹脂固定的碳纖維組成，比金屬具 有更好的強(qiáng)度重量比，對(duì)疲勞和腐蝕的敏感性更低。簡 而言之，它比鋁輕，比鐵強(qiáng)，而且比兩者都耐腐蝕。
與所有復(fù)合材料一樣，CFRP的強(qiáng)度是由其組成材料之間的相互作用產(chǎn)生的。碳纖維和樹脂本身都不足以制造出具有所需特性的產(chǎn)品，從而集成在飛機(jī)上。但是，一旦將CFRP 機(jī)身部件或飛機(jī)結(jié)構(gòu)組合成多個(gè)集成層并進(jìn)行粘合，其強(qiáng)度和承載性能將使其成為航空使用的理想選擇。
復(fù)合材料在 A350 XWB 上達(dá)到新高度
碳纖維增強(qiáng)塑料的應(yīng)用在A350 XWB中達(dá)到了新的比例，它在整個(gè)復(fù)合材料領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。例如， A350 XWB 的大部分機(jī)翼都是由輕質(zhì)碳復(fù)合材料組成的，包括其上蓋和下蓋。這些部件長32米，寬6米，是有史以來由碳纖維制成的最大的單一航空部件之一。有了碳纖維增強(qiáng)塑料，噴氣式客機(jī)的機(jī)身不僅更堅(jiān)固、更堅(jiān)固，重量的減輕使其能夠搭載更多乘客、燃燒更少的燃料、飛得更遠(yuǎn)……或者三者的結(jié)合。
有了復(fù)合材料，噴氣式客機(jī)的機(jī)身可以更堅(jiān)固、更強(qiáng)、更輕……同時(shí)在航空公司運(yùn)營時(shí)也需要更少的維護(hù)。雖然最初的生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)金屬零件高，但碳纖維增強(qiáng)塑料部件可以為飛機(jī)運(yùn)營商節(jié)省未來維護(hù)成本，因?yàn)檫@種材料不會(huì)生銹或腐蝕。例如，A350 XWB 所需的結(jié)構(gòu)維護(hù)任務(wù)減少了 50%，機(jī)身檢查的門檻為 12 年，而 A380為 8 年。
在碳纖維增強(qiáng)塑料的生產(chǎn)中，數(shù)千根微觀上很細(xì)的碳紗被捆綁在一起，制成每根纖維，將其他纖維連接在一個(gè)由堅(jiān)固的樹脂固定在一起的基體中，以達(dá)到所需的剛性水平。復(fù)合材料部件由精確成形的片材制成，片材相互疊放，然后粘合，通常在稱為熱壓罐的烘箱中使用熱和壓力，從而制成高質(zhì)量的復(fù)合材料。
機(jī)身和機(jī)翼等部件可以廣泛使用復(fù)合材料，因?yàn)樗璧睦w維負(fù)載——纖維在熱壓罐中鋪設(shè)和固化的方式——很簡單。然而，在可預(yù)見的未來，需要復(fù)雜承載的零件將繼續(xù)使用金屬。
從熱固性到熱塑性復(fù)合材料
CFRP 最常用的兩種類型是“熱固性”和“熱塑性”雖然熱固性CFRP目前在航空工業(yè)中更為廣泛，但熱塑性塑料因其可回收性而越來越受歡迎——這是一個(gè)重要的生命周期考慮因素，長期以來一直是阻礙更廣泛采用碳纖維復(fù)合材料的因素。
熱固性材料和熱塑性材料之間的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是固化過程中會(huì)發(fā)生什么。當(dāng)熱固性材料在熱壓罐中固化時(shí)，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而永久改變其組成。然而，熱塑性塑料零件可以重新熔化并保持其成分。
這種差異使熱塑性塑料具有吸引力，因?yàn)榭湛图捌涔?yīng)商每年生產(chǎn)數(shù)百噸廢棄復(fù)合材料。雖然廢棄的熱固性樹脂不能重復(fù)使用，但熱塑性廢料可以以多種方式用于航空以外的許多領(lǐng)域。
空客準(zhǔn)備在 2035 年推出的“新 A320”，機(jī)身使用熱塑性碳纖維復(fù)合材料、機(jī)翼仍然使用熱固性，環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料（但制造工藝有新的亮點(diǎn)）。機(jī)身受力結(jié)構(gòu)件使用熱塑性復(fù)合材料，是一個(gè)新的工作。為此，空客于 2019 年設(shè)計(jì)了一款，直徑 4 米、長 8 米的、帶客艙門框的，全熱塑復(fù)材筒體試驗(yàn)件。試驗(yàn)件中零件連接采用焊接（見下圖）。整個(gè)筒體不用鉚釘、螺釘金屬緊固件。到今年 2 月，筒體全部組件均已完工。目前等待筒體最終完成組裝的報(bào)道。
試驗(yàn)件的特點(diǎn)
1.突破性的飛機(jī)結(jié)構(gòu)由 400 多個(gè)熱塑性纖維增強(qiáng)零件、數(shù)千個(gè)點(diǎn)焊和數(shù)百米的連續(xù)焊縫組成（沒有一個(gè)鉚釘、螺釘金屬緊固件）；
2.機(jī)身重量比現(xiàn) A320(鋁合金機(jī)身)，減少 1 噸；
3.機(jī)身經(jīng)常性總成本減少 100 萬歐元（20%）；
4.“新 A320”每月至少 60 架飛機(jī)（最多 100 架飛機(jī)）的高速生產(chǎn)（HRP- High Rate Production）。