在过去的十年中，碳纤维复合材料一直是航空航天领域的宠儿，受到了无数的赞誉和广泛的关注。增强聚合物极大地改变了许多类型机身的设计和制造方式。

虽然复合材料仍然炙手可热，但传统塑料已悄然进入民用、商用和军用飞机。在未来几年，随着新一代飞机的升空，热塑性塑料也将伴随而来。

丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚醚醚酮(PEEK)和聚苯硫醚等塑料目前应用广泛。

聚醚酰亚胺是航空航天工业中另一种流行的材料，因为工程师可以生产出符合FAA严格规定的火焰、烟雾和毒性要求的部件。

聚醚酮酮(PEKK)是一种先进的高温工程聚合物，具有优异的机械性能、耐化学性、热稳定性和阻燃性。高强度和轻重量的新等级的PEKK，如HT-23，使其成为铝的一个有竞争力的替代品。

塑料通常用于室内应用，如空气管道、客舱隔墙、地板和头顶的行李架。还可用于航空电子传感器板、电子元件安装支架、通风叶轮叶片等。

结构应用包括翼肋和翼梁。此外，塑料还用于飞机的外部，如燃料箱盖、起落架轮毂盖、塔架整流罩和天线罩。

与铝和其他传统航空材料相比，塑料具有许多优点，如重量轻、强度高和耐用。

像PEEK这样的耐热、非腐蚀性塑料可以加工来代替金属紧固件和螺钉。现有机加工部件的整体设计不需要改变，允许直接更换OEM组件。

支架，垫圈，导轨，密封件，垫片和垫圈是轻量级的航空航天组分，高温塑料能够优于金属，提供热和机械稳定性，绝缘性能，零燃烧性，在真空中的耐受性，以及抗喷射燃料和其他化学物质的抵抗力。

旧塑料的新角色

尽管传统塑料已经使用了几十年，航空航天工程师们正在为这种材料寻找新的用途。

“每年，越来越多的塑料是具有独特的性能特征，是专业用途和更换金属材料的理想选择，”工程塑料制品公司（EPP）总裁Alex Curtiss表示，专门生产各种各样的产品航空航天零件。“塑料通常是由于重量强度比率和许多现代化合物的固有耐腐蚀性的第一选择。

“由于飞机和航空航天部件(通常生产的数量很少)，大多数塑料部件不太可能适合成型;相反，它们是根据基本形状加工而成的，”柯蒂斯解释道。“另一个优点是，许多塑料材料都是自润滑的，这就不需要添加可能造成火灾或爆炸危险的润滑脂和石油基润滑剂。”

据Curtiss称，最近塑料技术的发展推动了航空航天应用中承重、扭矩处理和齿轮传动能力的极限。具有优越的耐热、耐化学和耐辐射性能的特殊牌号使塑料在航空航天工业中发挥越来越重要的作用。

密歇根理工大学机械工程和材料科学教授Gregory Odegard指出:“在航空航天工业中，聚合物的使用正在增加，特别是在飞机上。”“铝曾经是首选的材料，因为它相对重量低，成本低，耐腐蚀和抗疲劳。

“然而，在过去几十年中，聚合物材料慢慢取代铝，”佐伊德说。“航空航天工业的使用在越来越大，特别是飞机的结构成员。

Odegard指出:“这种使用的增加在所有领域都可以看到，包括小型军用飞机和大型商用飞机。”“在航天器中增加复合材料的使用也引起了巨大的兴趣。例如，美国国家航空航天局刚刚投资了1500万美元，用于开发下一代载人太空任务的复合材料。

尽管塑料有许多优点，但一些航空航天工程师仍然不愿改用塑料。

Odegard解释说:“聚合物复合板比铝板更难制造，因此成本更高。”“此外，工程师们已经在铝领域工作了几十年，对这种材料有大量的知识和信心。

Odegard补充道:“聚合物复合材料是较新的材料，我们仍在努力了解它们在各种条件下的表现。”“例如，我们还不完全了解聚合物复合材料对长期老化的反应。

Odegard说:“在环境条件下，所有聚合物都会受到物理老化的影响，这涉及到聚合物分子结构非常缓慢的脆化。”“这可能需要数年时间才能实现。

“由于暴露于水分，紫外线辐射和高温，”聚合物“也受加速衰老，”Note Odegard“。“我们仍然需要了解有关这些老化机制的更多信息及其对复合材料机械完整性的影响。

奥迪加德说:“铝制机身的一个主要优点是可以减轻雷击造成的损伤。”“铝具有高导电性，这意味着电流可以很容易地通过飞机。

“然而，聚合物复合材料的导电性相对较低，”Odegard解释说。“因此，必须在波音787的机身上额外加一层铜网，以驱散雷击产生的电力。”

重新考虑复合材料

当今航空航天工业最大的趋势之一是越来越多地使用热塑性塑料，而不是传统上用于制造复合材料部件的热固性塑料。

因为热塑性聚合物可以熔化，固化就不那么关键了。热塑性塑料也比热固性塑料更不脆，可以用各种方法焊接。

大的、集成的组件可以用热塑性复合材料制成而不需要粘接，组装机械接头也不那么复杂。热塑性零件组装不需要垫片。

Victrex公司的高级技术经理斯图尔特•格林表示:“近年来，许多传统的金属航空结构已经被先进的碳纤维增强热固性聚合物复合材料层压取代，目的是通过提高燃料效率来减轻重量，并由此带来的运营成本。”热塑性塑料的主要供应商。“目前，人们对热塑性碳纤维复合材料的使用越来越感兴趣，比如那些基于PEEK的材料，以提高生产效率，满足不断增长的对更快的飞机制造速度的需求。”

Victrex最近与Tri-Mack塑料制造公司成立了一家合资企业，以加速聚芳醚酮(PAEK)复合材料在航空航天工业中的应用。TXV Aero复合材料提供复合部件和组件，可在传统的金属设计中提供高达60％的重量节省。它声称使用“连续制造工艺和在几分钟内测量的循环时间以供热量替换为单位测量。”

Tri-Mack Plastics总裁Will Kain表示:“未来20年，预计将推出3.5万架新飞机，航空航天行业正将热塑性复合材料作为一种经济有效的解决方案来支持这一增长。”“PAEK热塑性复合材料的高效加工和性能优势与先进的自动化制造相结合，将使我们能够应对行业的成本和重量挑战。

“商业飞机使用数千辆托架和系统附件从驾驶舱到飞机的尾巴，”凯恩加。“飞机上这些组件的总量可以增加大量成本和重量，特别是如果它们由机加工金属或热固性叠加制成。

Kain声称:“我们基于paek的组件比传统热固性替代品的生产效率更高。”“与不锈钢和钛相比，它们可以显著节省重量，同时提供同等或更好的机械性能，如强度、刚度和疲劳性能。”

GKN Aerospace Fokker是一家开创性的热塑性复合材料航空航天制造商。该公司的工程师最近使用该技术生产了空客A380喷气式客机的机翼前缘，Leonardo AW169直升机的水平尾翼，以及新型达索和湾流商务机的舵和升降舵。

GKN制造了完整的湾流G650尾翼，带有热塑性方向舵和升降舵，与传统材料相比，组件的重量减少了25%。组件通过感应焊接连接，消除了昂贵的钻井和铆接工作。

GKN Aerospace Fokker采购和供应链管理副总裁Toine Verbruggen表示:“通过使用快速、自动化的热塑性塑料加工，成本得以降低。“与此同时，通过设计薄壁结构来保持较低的重量，由于热塑性聚合物的特性，薄壁结构非常坚韧。

Verbruggen声称:“未来将有越来越多的主要结构部件采用这种创新材料，在(即将到来的)航空项目中发挥重要作用。”

Daher是一家位于欧洲的另一个大型航空航天供应商，最近与波音公司签订了合同，为787名梦想飞机提供热塑性复合结构件。部件将替换当前使用传统热固性复合材料制造的现有部件。

“热塑性复合技术在进一步推动航空行业的制造空气结构成本方面具有重要的承诺，”航空航天和国防业务高级副总裁Nicolas Orance说。该公司计划使用自动化和机器人，优化其在​​法国南特的工厂的制造过程。

Orance指出:“除了材料性能之外，热塑性复合材料还较少受到热固性材料生产环境的限制，比如有限的货架期、冷藏的必要性以及制造过程中对洁净室条件的要求。”

“由热塑性复合材料制成的飞机部件也更具弹性，并提供其他材料不可能提供回收潜力，”加入潮流。“另外，热塑性矩阵的固化在短期下使用热量和压力，响应了今天航空航天行业所寻求的更快的生产时间。”

印刷塑料

增材制造也正在改变塑料在航空航天工业中的使用方式。例如，Victrex一直在开发新级别的PAEK，可用于打印具有复杂形状和几何形状的飞机部件。

“工程师想要同样的材料,同样的性能,用于注塑和其他更成熟的制造方法,”罗伯特·麦凯说,新兴业务主管Victrex USA Inc。”他们希望能够开始生产在3 d打印PEEK,然后无缝过渡到注塑、或者用注射成型的零件，用3D打印定制。

“在航空航天，工程师希望能够在苛刻的环境中存活的聚合物，其中可能具有广泛的温度和腐蚀性化学品，”添加麦克台。“他们还希望在多年的服务中已经证明的材料。”

Latecoere是一家领先的飞机门、机身和线束供应商，该公司的工程师正在使用熔融沉积模型来生产塑料部件，以取代金属部件。

“通过设计和制造，通过该技术的采用是转型的，”拉特佩尔雷德和创新中心“西蒙里乌，综合和添加剂制造经理索赔。“添加剂制造无缝集成到我们的设计和生产过程中，并已看到我们享有改善的交货时间，降低成本并提高运营效率。

Rieu说:“我们最近制作了一个3d打印的原型，以验证飞机舱门内壁的一个部件的适用性和功能。”“以前，这是用金属片制作的，这通常是一个耗时的过程。我们在两天内就生产出了一款功能齐全的原型机，缩短了95%的交货时间。”

此外，Rieu和他的同事还为空中客车生产了可用于飞行的聚醚酰亚胺部件，如相机外壳和风管外壳部件，它们比金属部件轻50%。

增材制造技术也使一些航空公司能够为他们的飞机客舱制造定制设计的塑料部件。例如，阿联酋航空最近使用选择性激光烧结技术生产视频监控罩和客舱通风口格栅。这些部件是用Duraform ProX FR1200打印的，这是3D系统公司为商业航空航天应用开发的尼龙聚合物。

阿联酋航空公司负责工程支持服务的高级副总裁Ahmed Safa表示:“该技术有潜力在不损害结构完整性或外观吸引力的情况下，提供重量更轻的机舱部件。”“使用3D打印还将带来许多其他好处，包括更有效地管理数千个飞机客舱内部组件。

Safa解释说:“通过能够在更短的时间内按需打印组件，(我们)将不再需要持有大量的备用组件库存，也不再需要经历很长的更换组件的等待时间。”“这款视频显示器的重量比传统制造的部件轻9%到13%。”

阿联酋航空飞机舱零件经历了各种结构，耐用性，易燃性和化学试验。他们正在等待来自欧洲航空安全局的适航性认证。