PEKK复合材料|阿科玛与赫氏


Arkema & Hexcel Forge热塑性塑料革命:HELUES 在巴黎航展上的进展

Arkema(阿科玛)与Hexcel(赫氏)建立了战略合作伙伴关系,专注于将热塑性复合材料转化为航空航天领域——这一开创性的合作将Hexcel的碳纤维专长与Arkema在PEKK热塑性塑料领域的领导地位相结合。在2025年巴黎航展上,业界目光被他们的HELUES示范机吸引:这是一种通过单步热成型-覆模技术制造的PEKK/碳纤维复合材料航空航天组件。这一突破凸显了热塑性塑料在飞机制造中的未来潜力,在飞机制造中更轻、更快速且可持续性至关重要。

机遇孕育的战略联盟

材料之心的相遇

Arkema与Hexcel合作始于一个共同愿景:采用热塑性材料,实现可扩展且经济高效的结构航空航天零件制造。长期以来,Hexcel以其在高性能碳纤维增强方面的专业能力闻名,与Arkema携手合作,Arkema的Kepstan® PEKK热塑性树脂已获得业界认可。他们携手着手革新零部件生产—打造一种既能承受航空标准又符合现代制造需求的复合材料。

巴黎航空展揭幕仪式

创新的舞台

在巴黎航展上,Hexcel展示了HELUES演示机——一个高度先进的组件,由HexPly®单向胶带和注塑成型的Kepstan® PEKK成型成型,通过单一工艺进行过模处理。最终成果是:一个复杂、承重的航空航天零件在两分钟内成型,整合了加强筋和结构特征,之前需要单独组装。

技术和谐

这一集成设计优雅地将由HexPly®碳纤维增强PEKK胶带制成的热成型UD层压板与用于结构加强筋的Kepstan® PEKK原位注塑加模融合,完成一次成型作。结果呢?一个完整的结构元件—如应急门面板—集成于一个模具中,省去了多个部件的手工组装。

热塑性塑料对飞机原厂的三重优势

革新生产时间线

传统热固性复合材料和金属组件可能需要数小时甚至数天,而热塑性复合材料只需几分钟即可形成结构组件。该技术将周期时间从数小时缩短至不到两分钟,支持雄心勃勃的大规模生产目标—每月可生产多达80至100架窄体喷气机,这一数字与当前航空公司的制造速度相符。

更高的设计自由度与重量效率

热塑性塑料可以重新塑形、焊接或修复—无需铆钉或粘合剂,实现内置加劲筋和弧形墙体等先进几何设计。这种灵活性使工程师能够减少零件数量和重量,提升飞机性能和燃油经济性。

循环与可持续性

热塑性塑料可再生和回收,支持环境保护。废弃物和报废部件可以重新熔炼或重新设计,这与热固性或铝不同,铝材加工密集,且回收率有限。

HELUES 行动:门结构的重塑

案例研究:门面板的重新定义

热塑性机翼上应急出口门演示器

Arkema和Hexcel示范件取代了传统组装的门—由热成型层压板和模压底盘构成—将它们集成为一个结构组件。组装步骤和紧固件减少了多达90%,消除了人工干预,降低了生产时间和成本。

结构完整性与粘结

Arkema和Hexcel早期测试显示,层压板与加强筋的粘结非常出色—这对门载荷转移和耐用性至关重要。PEKK基体在分子层面与注塑对应体结合,形成均匀的复合结构,能够承受飞行中所需的应力和振动。

满足航空业的未来需求

满足OEM与航空公司期望

Arkema和Hexcel Aircraft的OEM面临着在降低成本和排放的同时提高生产效率的压力。高速制造、机器人技术和自动化是必不可少的。热塑性塑料使无需烘烤、节能的工艺能够与工业4.0装配线兼容。

无热压罐制造

Arkema和Hexcel跳过了热固器中耗时耗能的热压罐段—从铺层到固结。基于注塑性的热塑性制造,运行在玻璃转变温度以下,速度更快且可扩展—非常适合工厂车间自动化。

HELUES:欧洲合作成功

资金与联盟动态

Arkema和Hexcel项目由德国航空航天中心(DLR)和巴伐利亚州经济事务部资助,涵盖了德国空中客车直升机有限公司、拜罗伊特新材料公司、Christian Karl Siebenwurst GmbH & Co. KG以及Incoe公司。这个多行业团队开发了测试示范机和符合条件的航空制造路径。

  • 德国空客直升机:

  • 带来结构部件和运营验证的实际需求。

  • 拜罗伊特新物质:

  • 提供材料科学、层压板评估和热塑性塑料专业知识。

  • 克里斯蒂安·卡尔·西本沃斯特:

  • 连接模具五金、生产策略监督和模具设施。

  • Incoe 公司:

  • 贡献集成喷射系统所需的自动化和机器人解决方案。

HELUES 的广泛应用

更广泛的机体整合

这种Arkema和Hexcel技术非常适合用于地板梁、隔板、整流罩等——这些领域受益于制造简化、减轻重量和高结构性能。

跨行业潜力

HELUES风格复合材料不仅限于航空航天,还可支持电动汽车、国防模块、铁路运输和能源设备等高性能部件—任何需要刚性、轻量化和经济规模的领域。

工业采用的下一步

规模化与商业化

Hexcel和Arkema正准备将Arkema和Hexcel的零部件适配到适合航空航天OEM的大型模具和大规模试点设施。目标是在近期内实现在示范飞机或地面测试装置中的集成。

认证路径

Arkema和Hexcel PEKK复合材料必须符合防火性、结构完整性和耐疲劳性等法规和安全标准。正在进行的测试旨在使HELUES零件符合航空航天标准(如FAR、EASA、AS9100)的资格认证。

经济与环境投资回报

Arkema和Hexcel架构设计旨在降低工具复杂度、浪费和重量,HELUES零部件通过降低制造成本、减少组装步骤和降低生命周期碳足迹实现投资回报—这些优势是OEM和运营商共同拥有的。

行业背景与展望

市场预测

Arkema和Hexcel全球热塑性复合材料市场预计每年增长11%至15%,直至2030年,主要受航空航天、汽车、风能和工业领域的需求推动。在监管压力推动减排和轻量化的推动下,热塑性塑料提供了极具吸引力的解决方案。

竞争对手格局

Arkema和Hexcel市场上正在开发其他热塑性系统,如PEEK或PPS复合材料。但HELUES的方法——复合UD带、热塑性加强筋的模内注出以及本地工业合作—在可制造性和集成设计方面树立了里程碑。

Arkema与Hexcel的战略优势

他们将PEKK材料整合进以往的碳纤维市场,利用现有销售和研发渠道,并通过生产准备解决方案实现差异化—而不仅仅是原材料。HELUES示范件作为航空中可扩展热塑性复合材料的验证点。

专家见解与行业评价

一位未参与该项目的顶尖飞机结构工程师表示:“HELUES演示展示了热塑性复合材料如今的能力。”“采用UD胶带和覆模加固件的一阶成型成型,是门结构的颠覆性创新,我预计这将影响更广泛的应用。”随着OEM看到可重复、快速循环、无热压罐的工艺,采用势头有望迅速扩散。

展望未来:超越巴黎

近期重点

未来6至18个月内,预计将有更多机身框、检修面板和暖通空调管道的演示机。Hexcel和Arkema还计划推出配备机器人物料搬运的自动工作站试点。

长期愿景

通过认证,航空公司可以在2030年代中期采用HELUES零部件。令人兴奋的是,同样的工艺可能会扩展到商用无人机、城市空中出行车辆和卫星——任何需要高性能、轻量化结构的任务。

可持续发展影响

在数千个喷嘴上替换基于热压罐的热固性复合材料,可以节省数百万千瓦时和吨二氧化碳排放。PEKK的可回收性进一步支持循环材料框架,强化航空航天的可持续性。

HELUES与热塑性塑料的未来

HELUES在巴黎航展的亮相标志着复合材料发展的一个关键时刻。Hexcel和Arkema通过一项结合材料科学与生产效率的演示,推动了航空航天制造业的进步。

通过将UD碳带与PEKK加强筋的模内注入结合,HELUES实现了不到两分钟的循环、整体结构完整性和工业可扩展性—全部无需热压罐。随着空客直升机及其他OEM评估原型机,采用的前景已近。

这一努力标志着航空航天领域的更广泛变革:复合材料不再是利基材料,而是基础元素。有了HELUES,热塑性塑料可以自信地从实验室工作台走上生产线—开启了更轻、更快、更环保的航空时代。

补充资料

Arkema(阿科玛)的Kepstan® PEKK树脂与其他PEKK树脂最大区别是,它的组成中对笨二甲酸(Terephehalic acid)和间笨二甲酸(Isoephehalic acid)的比例可调节。T和I不同比例,生成不同性能:

T/I=80/20, Tg =165°C, Tm=360°C

T/I=70/30, Tg =162°C, Tm=320°C

T/I=60/40, Tg =160°C, Tm=303°C

注:资料来自互联网。