帝京(Teijin) 热塑性胶带扩张内情
帝京在德国海因斯贝格的新型热塑性预浸料生产线的特点是能够生产宽达61厘米（24英寸）的超宽胶带。该生产线还为热塑性单向（UD）胶带生产提供了前所未有的工艺和质量控制。
预计热塑性复合材料将在各种下一代飞机的主要结构制造中发挥更大的关键作用，从大型商用喷气式客机到小型电动垂直起降（eVTOL）飞机，这些飞机将成为新兴的先进空中机动（AAM）市场的核心。满足这一需求将需要开发和制造满足日益严格的质量要求的热塑性胶带——单向（UD）和多轴。
Teijin Carbon Europe GmbH（德国伍珀塔尔）正是考虑到了这些挑战，最近在其德国 Heinsberg 工厂安装并调试了第二条热塑性胶带生产线。第一条生产线于 2011 年投入使用，符合波音公司的应用条件，旨在提供数量和宽度足以用于研发和低批量生产的热塑性胶带。
第二条生产线于2019年投入使用，使用了与第一条生产线相同的制造技术，但其规模、速度和一致性代表着制造能力的全面显著提高。Teijin Carbon Europe的开发总经理 Willem Jan ter Steeg 通过视频向我们介绍了CW公司新的碳纤维热塑性胶带生产线，并向我们介绍该系统及其功能。
宽、快、长、可重复
当他开始参观该生产线时，ter Steeg 指出，新生产线提供的工艺控制为帝京提供了前所未有的能力，可以快速、一致地生产热塑性胶带，这些胶带符合宽度、厚度、面重、树脂分布、纤维体积分数（FVF-fiber volume fraction）、结晶度和孔隙率等严格的质量标准。
首先，也是最值得注意的是，这条新生产线可以生产宽度为 12 或 24 英寸的胶带，这在热塑性复合材料供应链中并不常见。第二，ter Steeg 指出，新生产线具有很大的灵活性，包括多达 220 个筒子架位置，以及调节湿度、温度、铺展参数、张力和基质含量的能力。ter Steeg 说：“我们有可能达到基质含量的34%到大约40%或42%。”。“理论上我们可以达到 50%，但没有要求。”该生产线通常生产纤维面积重量（FAW- fiber areal weights）为 97-200 gsm的胶带；200gsm多的FAW已经被证明。
这张来自帝人新生产线的热塑性胶带的显微照片展示了制造过程的一致性和均匀性。热塑性预浸胶带的质量在过去十年中一直在稳步提高。
UD碳纤维是新生产线上加工的主要增强材料，但也可以使用芳纶等其他材料。碳纤维直接来自帝京，帝京是世界上最大的碳纤维制造商之一。
当纤维从筒子架中出来并张紧到生产线上时，它们进入浸渍单元。在这里，ter Steeg 指出，浸渍单元将树脂基质分散为粉末，然后与乳化剂混合并应用于纤维。与熔融浸渍相比，该公司更喜欢这种方法，因为它能提供更一致、更均匀的聚合物分散。
帝京主要在该生产线上预浸聚醚醚酮（PEEK）和聚苯硫醚（PPS），低熔体聚芳醚酮（LMPAEK）和聚醚酮酮（PEKK）的加工频率较低。ter Steeg 指出，其他树脂基质系统也可以加工，但前提是它们与浆料中的乳化剂相容。
Teijin Carbon America 的航空航天营销工程师阿方索·洛佩兹（Alfonso Lopez）表示，“我们在这里谈论的系统对于高性能聚合物来说真的非常出色，因为它们很难处理。我认为用这种特殊方法制造的胶带的质量真的很合适，符合航空航天所需的质量。”
关于非粉末/浆料浸渍，ter Steeg 表示，“当然，我们也在研究熔融浸渍作为粉末的替代品，但目前我们还没有该技术的内部能力。但我们正在密切关注这一问题。”
浸渍后，胶带通过干燥器，然后进入高温烘箱，该烘箱做三件事：熔化聚合物以确保均匀的聚合物浸渍；有助于最大限度地减少空隙；并促进基质的适当结晶度。ter Steeg 说：“使用烤箱，我们确保熔融聚合物完全浸入胶带中，当然，我们也会以尽可能少的空隙量处理胶带。”
在烘箱后，胶带被修剪成一定长度——收集边角料并作为短纤维回收用于注塑——然后进行基于激光的宽度、厚度和面积重量测量。“宽度和厚度是相关 的，所以我们基本上可以预先确定纤维的面积重量，” ter Steeg 说。“然后，我们在实验室进行测量，以确保我们有准确的纤维面积重量和准确的树脂含量。”
然后将胶带缠绕在生产线末端的线轴上。“这是一卷 24 英寸宽的胶带，”ter Steeg 指着绳子末端的一卷胶带说。“我们每平方米有 115 克 PPS 胶带。目前，这条胶带有近 900 米长，没有任何缺陷。”他补充说，这条生产线可以生产 2.5 公里长的胶带，没有缺陷或中断。
生产线的速度无法透露，但ter Steeg确实声称，它可以以比 Teijin 的竞争对手更高的速度生产热塑性胶带。“浆料中挥发物的蒸发是速度的唯一限制，”他指出。该生产线的总产能因生产材料的面积重量而 异，但 ter Steeg 报告称，该系统在最大吞吐量和最大面积重量下，每年可生产 320 公吨。
在胶带生产线附近的控制室中，帝人技术人员持续监控所有制造参数，最终提供材料可追溯性所需的所有生产数据。“正如你所知，这对航空航天来说当然至关重要，”ter Steeg 说，“以确保一切都是可追踪的。所以这就是为什么我们对所有基本数据进行持续监控的原因。”
就整体产品质量而言，Lopez 说 PEEK 是衡量所有其他胶带的标准。他指出，PEEK 结晶度是加工频率最高的三种树脂中最一致的。他说：“PEEK 是基准，因为结晶率非常高，无论冷却速度如何，它都能以一致的结晶度进行焊接和成型。”。“PEKK 和低熔体 PAEK不一定是这样，在冷却时必须更加小心。然而，通过我们的生产线，我们可以控制热历史，这样我们就可以从生产线中获得零冷结晶的材料。”
ter Steeg 说，最重要的是，新生产线提供了前所未有的过程控制选项，可以生产出高度一致的胶带质量。“这种质量的长度、宽度和速度在复合材料行业是独一无二的，”他说。“我们离热固性胶带的质量越来越近了。”
A&P Technology BIMAX 编织材料由帝京 UD 热塑性胶带制成
资格、申请和未来
随着航空航天业从新冠肺炎中复苏，以及波音和空客考虑新的飞机项目，这些项目肯定会扩大热塑性复合材料的使用，帝京正在关注市场，寻找需求量最大的纤维/树脂混合物的信号。Teijin Carbon America的航空航天营销Jean-Philippe Canart表示，Teijin的PPS胶带“在快速进入项目方面取得了良好的成功，因此PPS 为我们打开了一些其他应用的大门，比如航空航天中的二次结构或内部结构。然后你就有了制造管道的胶带缠绕等工业应用。”。Canart 还指出，碳纤维/PEEK 对于需要使用可加工复合材料块的应用具有吸引力。
Canart 表示，基于帝京对市场发展的看法，PEKK的未来有些疑问。他说：“我们看到 PEKK 在 PEEK 和低熔点 PAEK 之间有点被挤压。”“如果你想要一种真正的低熔点材料，低熔点 PAEK 往往比普通的 PEKK 更有好处。如果你想要高性能，我们仍然推出PEEK。”
德国海因斯堡，帝京碳素欧洲工厂外观
Teijin已将这种新型宽胶带提供给 A&P Technology（美国俄亥俄州辛辛那提），该公司将其编织成中间格式，供热塑性复合材料制造商 ATC Manufacturing（美国爱达荷州 Post Falls）使用和评估，Teijin 的 Lopez 在美国复合材料制造商协会（ACMA，弗吉尼亚州阿灵顿，美国）2022 年移动会议上介绍了用于制造冲压成型前缘肋的织物和编织增强材料。帝京还参与了另一个编织 0.125 英寸碳纤维/热塑性塑料管的项目，长度可达1.2公里。
在工业方面，ter Steeg 表示 PPS 非常有吸引力。他说：“我们在市场上看到的是，人们对一种耐化学品性高、吸湿性低的聚合物的需求，所以对于水泵等产品，我们也看到了非常高的需求。”。“人们在这里寻找高质量材料的最低总成本。”
Canart 表示，在快速增长的氢气市场中，Teijin 正在评估热固性和热塑性复合材料在低温储氢压力容器中的应用。“当然，这会带来额外的复杂性，”他说。
Canart 说，帝京正在密切关注的最终市场是 AAM，它可能需要大部分热塑性复合材料供应链。“AAM想要什么，需要什么？”Canart 问道。“它会是一种标准的高性能聚合物，还是还有其他聚合物的空间？”
图示翼肋由 ATC 制造公司使用由 A&P Technology编织的帝京 UD 热塑性胶带冲压成型。帝京已经对该材料进行了初步的定性评估，以验证其在高性能应用中的能力。
这个问题的答案将指导特金在海因斯贝格的下一步行动。第三条线是可能的，ter Steeg 说，假设有需求。更宽的磁带呢？ter Steeg 说，帝京目前生产的 24 英寸宽的胶带之所以有吸引力，有很多原因。它满足了许多应用程序的需求，而且处理起来相对容易。他认为， 36英寸的宽度会带来固结、收缩和处理方面的挑战。此外，他指出，可以通过焊接两条较窄的胶带来制作更宽的胶带。也就是说，“一切都在画面中，”他指出。“我们对许多可能性持开放态度。”
