熱塑性復合材料(TPC)在商用飛機及其他航空航天應用領域得到應用的勢頭越來越大，包括用于電動垂直起降(eVTOL)飛機。對于除小型部件之外的應用而言,TPC曾被認為過于昂貴。目前，材料和加工技術的進步，正在推動TPC成為航空航天工業的焦點。

在越來越多的航空航天應用中，TPC正在取代熱固性復合材料(TS)和金屬材料，這是因為TPC的組件和部件更輕、更耐用且加工效率更高。TPC的特性還開辟了使用TS或金屬不可能或不容易實現的設計和制造選項。

從環境可持續性的角度來看，TPC部件和結構的重量更輕，這有助于飛機OEMs降低飛機的燃料消耗與排放。TPC帶來的減重是明顯的，某些情況下遠超過2000磅。此外，TPC可以輕松地得到回收和再利用，而回收TS（如使用熱解法）則是一個復雜且耗能的過程。

TS部件通常必須在熱壓罐中固化，而TPC則能夠在組裝過程中實現原位固結。帶有激光頭的新型自動化纖維鋪放(AFP)和自動鋪帶(ATL)設備可使TPC隨著纖維或帶材的鋪放而即刻得到固化。TPC還能適應模壓成型、連續模壓成型、編織和3D打印等制造方法。在許多應用中，在對TPC進行這些加工后，除需要一些最終的修整外，幾乎不需要后處理。

TPC為使用更少的組件和加工步驟制造飛機部件及結構打開了大門，比如，傳統上通常需要將兩個或3個組件緊固在一起才能制成的部件，現在可以是一個單一的TPC焊接部件，而且還可以將其焊接到飛機上，這意味著材料浪費更少，從而提高了材料利用率和經濟效益。

雖然TPC仍比TS和某些金屬更為昂貴，但TPC加工設備的進步使得現在使用TPC的經濟模型已變得可行。采用這種自動化的設備，使得TPC部件的制造過程要比TS的生產過程更快、更高效。TPC的焊接能力是其日益得到廣泛應用的一個重要因素。當OEMs能夠焊接TPC部件而不是用緊固件、粘合劑和支架等來連接組件時，他們可以減輕重量并減少生產步驟。此外，可焊接性還適用于模塊化的裝配工藝。

比如，可以將飛機上的不同部件和子系統交給外部供應商來制造，然后再將它們焊接和布線到飛機機身上。這種方法以其模塊化的制造效率而聞名，通常被用于汽車行業。相比之下，當前大多數商用飛機的制造周期都很長。

總之，通過更多地使用TPC，OEMs可以減輕20%或更多的重量。如果考慮總的制造成本，成品的成本可以降低30%-40%。

特別是，非熱壓罐的復合材料加工前景對于OEMs來說很有吸引力，因為熱壓罐循環需要耗費時間、能源和資金資源，其瓶頸在于等待部件完成熱壓罐固化需要數小時的時間。此外，TS預浸料需要冷藏，而且即使冷藏了，其保質期也比可以在室溫下存放的TPC要短得多，而TS預浸料對冷藏的需求也給OEMs及其供應鏈帶來了物流管理方面的挑戰。

TPC在商用飛機中的新應用包括翼梁、桁條、機艙（發動機短艙）和尾翼等。歐盟的“清潔天空”計劃已通過其多功能機身演示器(MFFD)項目而在TPC的應用方面取得了長足進步。在一篇關于MFFD的文章中，“清潔天空”計劃表示：該項目成功的關鍵在于，復合材料熱塑性塑料能夠在多大程度上證明其適合將系統、客艙和機身的功能整合為一個統一的整體。

大量使用TS的飛機是由內而外制造的，這限制了OEMs在未來根據需求來配置或更改飛機客艙內飾的靈活度與自由度。而大量使用TPC的飛機是由外而內制造的，這賦予了OEMs更大的控制和選擇余地來確定飛機內部的制造和完成方式。“通過更模塊化的設計形式，當航空公司希望更換客艙元素時，將能夠對客艙內飾進行適應性和改造性調整”，清潔天空計劃如此表示。

除模塊化設計選項外，熱塑性復合材料(TPC)還為創建流線型輪廓和復雜曲面結構提供了靈活性。相比金屬材料，TPC具有更優異的可彎曲性，使其特別適用于大曲率半徑的環形或管狀結構。例如，Daher公司采用TPC為羅爾斯羅伊斯UltraFan發動機制造大型進氣口隔框——這個周長數米的隔框采用分四部分組裝的創新設計。在該項目的博文中，Daher特別指出TPC材料有助于解決航空航天工業面臨的"雙重困境"：環保要求與競爭力提升的雙重挑戰。

對于從頭開始全新設計的飛機項目而言，TPC極有可能成為設計師們優先考慮選用的主要材料。在這些項目中，OEMs可以完全不受束縛地重新評估和選擇最適合的材料與加工途徑，這為高效的TPC 模塊化組裝建立專門設計的新的生產線提供了一個機遇。

TPC還越來越受到eVTOL飛機制造商們的歡迎。這些飛機的經濟模式，要求它們的制造要比大型商用飛機的制造來得更快且成本更低。如果受到熱壓罐和冷藏柜容量的限制，eVTOL OEMs就不太可能成功地擴大生產規模。因此，他們需要“能在幾秒鐘而不是幾小時內就能制成飛機部件”的材料和生產工藝。

TPC特別適合用于eVTOL飛機的螺旋槳葉片。TPC材料賦予葉片韌性和抗損傷性，使其能夠承受巨大的應力。eVTOL飛機有許多螺旋槳葉片，因此葉片的耐久性對于OEMs向其客戶提供整體價值主張起著至關重要的作用。葉片越堅韌，其使用壽命就越長。

一些OEMs正在考慮將TPC用于航天器運載火箭，但需要進行更多的測試，以檢驗TPC在遭遇極端溫度劇烈變化時能保持多高的穩定性，以及在承受可能來襲的流星碎片的高速撞擊時具有怎樣的耐久性。

在航空航天業，變化不是一蹴而就的。安全標準要求要對材料和工藝進行嚴格的測試和驗證。許多TS材料，憑借悠久的航空航天應用史，已獲得眾多OEMs的認證，并通過了美國國家先進材料性能中心（NCAMP）的認證。而在認證方面，TPC仍然是新生事物。截至撰寫本文時，只有一個TPC 獲得了NCAMP的認證，其他有一些已通過個別OEMs針對特定應用的認證。

與TS供應相比，TPC供應相對不成熟。隨著更多的TPC被開發出來并獲得NCAMP認證，TPC的應用預計將迎來迅猛增長。通過NCAMP認證的TPC，意味著其獲得了一個公認的、可共享的“質量證明”，這使得生產TPC部件的供應商能更容易地將其產品賣給各種規模的OEMs，而不再僅限于那些行業巨頭。

確保對材料格式要求的制定要根據TPC獨有的、細微的特性和行為方式而量身訂制也很重要。比如，經驗豐富的TPC規格制定者在制定分切帶的產品規格時，能夠精確地設定所有必要的公差，而且這些公差的設定是基于對客戶使用設備的深刻理解，確保材料與那臺特定機器完美匹配，實現無縫生產。規格制定者還能與上游的TPC材料供應商合作，確定最適合應用的卷料的長度和寬度。無論是需要將材料切碎用于模壓成型，還是需要將材料分切成超薄的帶材用于增材制造工藝，規格制定者都可以根據所需的最終用途來訂制TPC。

隨著新的TPC材料、加工設備和焊接技術的進步，飛機OEMs在設計和制造創新方面擁有了廣泛的新機遇。下一代飛機有望更輕、更環保且制造效率更高，這在很大程度上要歸功于TPC的發展。