热塑性复合材料(TPC)在商用飞机及其他航空航天应用领域得到应用的势头越来越大，包括用于电动垂直起降(eVTOL)飞机。对于除小型部件之外的应用而言,TPC曾被认为过于昂贵。目前，材料和加工技术的进步，正在推动TPC成为航空航天工业的焦点。

在越来越多的航空航天应用中，TPC正在取代热固性复合材料(TS)和金属材料，这是因为TPC的组件和部件更轻、更耐用且加工效率更高。TPC的特性还开辟了使用TS或金属不可能或不容易实现的设计和制造选项。

从环境可持续性的角度来看，TPC部件和结构的重量更轻，这有助于飞机OEMs降低飞机的燃料消耗与排放。TPC带来的减重是明显的，某些情况下远超过2000磅。此外，TPC可以轻松地得到回收和再利用，而回收TS（如使用热解法）则是一个复杂且耗能的过程。

TS部件通常必须在热压罐中固化，而TPC则能够在组装过程中实现原位固结。带有激光头的新型自动化纤维铺放(AFP)和自动铺带(ATL)设备可使TPC随着纤维或带材的铺放而即刻得到固化。TPC还能适应模压成型、连续模压成型、编织和3D打印等制造方法。在许多应用中，在对TPC进行这些加工后，除需要一些最终的修整外，几乎不需要后处理。

TPC为使用更少的组件和加工步骤制造飞机部件及结构打开了大门，比如，传统上通常需要将两个或3个组件紧固在一起才能制成的部件，现在可以是一个单一的TPC焊接部件，而且还可以将其焊接到飞机上，这意味着材料浪费更少，从而提高了材料利用率和经济效益。

虽然TPC仍比TS和某些金属更为昂贵，但TPC加工设备的进步使得现在使用TPC的经济模型已变得可行。采用这种自动化的设备，使得TPC部件的制造过程要比TS的生产过程更快、更高效。TPC的焊接能力是其日益得到广泛应用的一个重要因素。当OEMs能够焊接TPC部件而不是用紧固件、粘合剂和支架等来连接组件时，他们可以减轻重量并减少生产步骤。此外，可焊接性还适用于模块化的装配工艺。

比如，可以将飞机上的不同部件和子系统交给外部供应商来制造，然后再将它们焊接和布线到飞机机身上。这种方法以其模块化的制造效率而闻名，通常被用于汽车行业。相比之下，当前大多数商用飞机的制造周期都很长。

总之，通过更多地使用TPC，OEMs可以减轻20%或更多的重量。如果考虑总的制造成本，成品的成本可以降低30%-40%。

特别是，非热压罐的复合材料加工前景对于OEMs来说很有吸引力，因为热压罐循环需要耗费时间、能源和资金资源，其瓶颈在于等待部件完成热压罐固化需要数小时的时间。此外，TS预浸料需要冷藏，而且即使冷藏了，其保质期也比可以在室温下存放的TPC要短得多，而TS预浸料对冷藏的需求也给OEMs及其供应链带来了物流管理方面的挑战。

TPC在商用飞机中的新应用包括翼梁、桁条、机舱（发动机短舱）和尾翼等。欧盟的“清洁天空”计划已通过其多功能机身演示器(MFFD)项目而在TPC的应用方面取得了长足进步。在一篇关于MFFD的文章中，“清洁天空”计划表示：该项目成功的关键在于，复合材料热塑性塑料能够在多大程度上证明其适合将系统、客舱和机身的功能整合为一个统一的整体。

大量使用TS的飞机是由内而外制造的，这限制了OEMs在未来根据需求来配置或更改飞机客舱内饰的灵活度与自由度。而大量使用TPC的飞机是由外而内制造的，这赋予了OEMs更大的控制和选择余地来确定飞机内部的制造和完成方式。“通过更模块化的设计形式，当航空公司希望更换客舱元素时，将能够对客舱内饰进行适应性和改造性调整”，清洁天空计划如此表示。

除模块化设计选项外，热塑性复合材料(TPC)还为创建流线型轮廓和复杂曲面结构提供了灵活性。相比金属材料，TPC具有更优异的可弯曲性，使其特别适用于大曲率半径的环形或管状结构。例如，Daher公司采用TPC为罗尔斯罗伊斯UltraFan发动机制造大型进气口隔框——这个周长数米的隔框采用分四部分组装的创新设计。在该项目的博文中，Daher特别指出TPC材料有助于解决航空航天工业面临的"双重困境"：环保要求与竞争力提升的双重挑战。

对于从头开始全新设计的飞机项目而言，TPC极有可能成为设计师们优先考虑选用的主要材料。在这些项目中，OEMs可以完全不受束缚地重新评估和选择最适合的材料与加工途径，这为高效的TPC 模块化组装建立专门设计的新的生产线提供了一个机遇。

TPC还越来越受到eVTOL飞机制造商们的欢迎。这些飞机的经济模式，要求它们的制造要比大型商用飞机的制造来得更快且成本更低。如果受到热压罐和冷藏柜容量的限制，eVTOL OEMs就不太可能成功地扩大生产规模。因此，他们需要“能在几秒钟而不是几小时内就能制成飞机部件”的材料和生产工艺。

TPC特别适合用于eVTOL飞机的螺旋桨叶片。TPC材料赋予叶片韧性和抗损伤性，使其能够承受巨大的应力。eVTOL飞机有许多螺旋桨叶片，因此叶片的耐久性对于OEMs向其客户提供整体价值主张起着至关重要的作用。叶片越坚韧，其使用寿命就越长。

一些OEMs正在考虑将TPC用于航天器运载火箭，但需要进行更多的测试，以检验TPC在遭遇极端温度剧烈变化时能保持多高的稳定性，以及在承受可能来袭的流星碎片的高速撞击时具有怎样的耐久性。

在航空航天业，变化不是一蹴而就的。安全标准要求要对材料和工艺进行严格的测试和验证。许多TS材料，凭借悠久的航空航天应用史，已获得众多OEMs的认证，并通过了美国国家先进材料性能中心（NCAMP）的认证。而在认证方面，TPC仍然是新生事物。截至撰写本文时，只有一个TPC 获得了NCAMP的认证，其他有一些已通过个别OEMs针对特定应用的认证。

与TS供应相比，TPC供应相对不成熟。随着更多的TPC被开发出来并获得NCAMP认证，TPC的应用预计将迎来迅猛增长。通过NCAMP认证的TPC，意味着其获得了一个公认的、可共享的“质量证明”，这使得生产TPC部件的供应商能更容易地将其产品卖给各种规模的OEMs，而不再仅限于那些行业巨头。

确保对材料格式要求的制定要根据TPC独有的、细微的特性和行为方式而量身订制也很重要。比如，经验丰富的TPC规格制定者在制定分切带的产品规格时，能够精确地设定所有必要的公差，而且这些公差的设定是基于对客户使用设备的深刻理解，确保材料与那台特定机器完美匹配，实现无缝生产。规格制定者还能与上游的TPC材料供应商合作，确定最适合应用的卷料的长度和宽度。无论是需要将材料切碎用于模压成型，还是需要将材料分切成超薄的带材用于增材制造工艺，规格制定者都可以根据所需的最终用途来订制TPC。

随着新的TPC材料、加工设备和焊接技术的进步，飞机OEMs在设计和制造创新方面拥有了广泛的新机遇。下一代飞机有望更轻、更环保且制造效率更高，这在很大程度上要归功于TPC的发展。