了解 Greene Tweed 如何利用非連續熱塑複合材料技術重塑航空製造業
Aviation WeekNetwork 與 Greene, Tweed and Co. 的 Travis Mease 和 Sébastien Kohler 進行了對談，Greene, Tweed and Co. 是一家擁有 160 年歷史的零件製造商，為關鍵的工業性能需求提供值得信賴的解決方案。
会见专家：
Travis Mease是格林特威德公司结构复合材料热塑性塑料产品经理，专门负责切碎纤维应用。他负责产品战略开发和技术路线图执行，推动热塑性复合材料向新兴市场拓展。
塞巴斯蒂安-科勒（Sébastien Kohler）是格林特威德公司的科学家，从事结构和工程复合材料研究。他是一个跨职能团队的成员，负责开发新型复合材料、新工艺和新部件，特别关注航空航天工业。
问 AW：非连续长纤维 (DLF) 复合材料在航空航天制造中有哪些优势？
答 TM： GT 的 Xycomp 非连续长纤维 (DLF) 热塑性复合材料的一个主要优势是其高度自动化的压缩成型工艺，可支持航空航天应用中的复杂几何形状和大批量生产。我们可以重复生产符合 GD&T 标准的高质量部件，经常在同一托盘上加工多个部件，以提高生产量，同时减少操作员的互动。格林特威德在整个流程中引入了更多自动化功能，包括材料装载称重、冲压和模具处理，以及自动纤维铺放 (AFP) 加固和 cobot 去毛刺等先进功能。这减少了接触式劳动，同时提高了质量、产量和可靠性。与铝制部件相比，该工艺可减轻 30% 至 50% 的重量，具体取决于铝制部件的优化程度，同时与复杂的重型机械部件相比，其成本仍具有竞争力。
A SK： DLF 复合材料是注塑成型和传统连续纤维复合材料之间的最佳中间产品，注塑成型具有较高的形状复杂性，但机械性能较低；而传统连续纤维复合材料具有较高的性能，但围绕复杂形状的悬垂能力有限。DLF 的刚度通常只有准各向同性层压材料的 75%，而强度则只有其一半。这使其成为替代形状复杂的金属部件，尤其是机加工铝制部件的理想材料。在某些应用中，由于许多典型的航空航天级铝合金的微观结构极易受热，因此这种材料的优势会更加显著。这会导致强度大幅下降，而我们的 DLF 在工作范围内更为稳定，能够承受至少 180°C 的持续高应力。在某些情况下，我们甚至取代了钛或钢部件，从而更大幅度地减轻了重量。
问 AW：让我们来看一个具体的使用案例。带金属前缘的 DLF 定子叶片与全铝叶片相比，重量和性能如何？
A SK：我们发现公务喷气机外导向叶片（一种形状复杂的部件）是 DLF 的绝佳应用。这些部件是非结构性的、完全浮动的，我们可以将它们与底脚一起作为单一的网状模塑部件进行模塑。然而，抗冰雹冲击是一项重大挑战。高速冰雹冲击载荷情况包括冲击点下方的局部挤压和叶片的三点弯曲，因此机翼轮廓厚度至关重要。虽然增加叶片厚度可以提高抗冰雹冲击能力，但由于固定的几何形状要求，这并不可行。在探索了 DLF 和连续纤维复合材料的各种混合方法后，我们开发出了一种金属前缘，可提供出色的保护。我们在瑞士使用自己的冰雹冲击试验台进行了大量测试，验证了这一点。由此产生的共模设计--将金属前缘与网状模塑导叶相结合--提供了一种具有成本效益的解决方案，可显著减轻重量：最初每台发动机 4 到 6 磅，现在最新版本每台发动机可达 8 到 10 磅。
答：这些性能要求尤为重要，因为每台发动机通常包含 55 至 60 个叶片，直接安装在风扇叶片后面。这对叶片的冲击力和耐用性提出了很高的要求。我们认识到 Xycomp DLF 技术的优势和局限性，这也是我们不断创新并努力实现 DLF 2.0 的原因，它将解决其中一些挑战。
A TM：在航空航天領域引進新材料時，認證可能是一個重要的准入障礙。材料必須具有充分的特性，這就是為什麼我們使用經過徹底測試和驗證的材料，而不是嘗試使用新材料的原因。這在先進空中移動 (AAM) 等領域是非常重要的，在這些領域中，由於投資者的承諾和緊迫的時間，公司需要完全驗證的材料解決方案。Greene Tweed 的主要優勢之一是我們提供全面的解決方案，不僅包括材料特性分析，還包括預測設計分析能力 - 而且我們擁有經過驗證的性能記錄。這可為客戶降低風險、縮短時間並降低成本，因為我們可以準確預測這些材料在測試情況下的表現。
答 SK：认证过程涉及大量的多参数测试工作。我们使用不同的材料批次和部件配置，在各种环境和加载条件下对试样进行全面测试。由于 DLF 能够改变部件厚度并采用复杂的肋条加固，我们还对不同材料厚度的性能进行了鉴定。这就形成了一个广泛的测试矩阵--大约 200 块面板，每块面板有 5 到 7 个样品，包括疲劳表征，这涉及到长时间的试验。这个庞大的材料特性和性能数据数据库对我们的客户来说是无价之宝，因为他们可以在自己的认证流程中使用我们的允许数据，而无需自己进行重复测试。
问 AW： 根据格林特威德公司的经验，热塑性复合材料的可回收性有哪些考虑因素？
答 SK：认证过程涉及大量的多参数测试工作。我们使用不同的材料批次和部件配置，在各种环境和加载条件下对试样进行全面测试。由于 DLF 能够改变部件厚度并采用复杂的肋条加固，我们还对不同材料厚度的性能进行了鉴定。这就形成了一个广泛的测试矩阵--大约 200 块面板，每块面板有 5 到 7 个样品，包括疲劳表征，这涉及到长时间的试验。这个庞大的材料特性和性能数据数据库对我们的客户来说是无价之宝，因为他们可以在自己的认证流程中使用我们的允许数据，而无需自己进行重复测试。
A TM：我们目前正在与 AAM 公司和较大的航空航天原始设备制造商开展初步工作，探索可回收性方案。我们正在测试少量回收材料--来自废料、废弃物或可能退役的飞机--以评估它们与我们成型工艺的兼容性，并开发适当的配方和程序。在探索了 DLF 和连续纤维复合材料的各种混合方法后，我们开发出了一种金属前缘，可提供出色的保护。我们在瑞士使用自己的冰雹冲击试验台进行了大量测试，验证了这一点。由此产生的共模压设计--将金属前缘与网状模压导叶相结合--提供了一种具有成本效益的解决方案，可显著减轻重量：最初每台发动机 4 至 6 磅，现在最新版本每台发动机可达 8 至 10 磅。A TM：这些性能要求尤为重要，因为每台发动机通常包含 55 至 60 个叶片，直接安装在风扇叶片后面。这对叶片的冲击力和耐用性提出了很高的要求。我们认识到 Xycomp DLF 技术的优势和局限性，这也是我们不断创新并努力实现 DLF 2.0 的原因，它将解决其中一些挑战。
问 AW：与航空航天领域新型热塑性复合材料和工艺相关的监管和认证挑战有哪些？
答 TM：在航空航天领域引入新材料时，认证可能是一个重要的准入门槛。材料必须具有充分的特性，这就是为什么我们使用经过全面测试和验证的材料，而不是试验新材料。这在先进空中交通（AAM）等领域至关重要，在这些领域，由于投资者的承诺和紧迫的时间表，公司需要完全经过验证的材料解决方案。格林特威德公司的主要优势之一是，我们提供全面的一揽子服务，不仅包括材料表征，还包括预测性设计分析能力，而且我们拥有经过验证的性能历史。这为我们的客户降低了风险、缩短了时间并削减了成本，因为我们可以准确预测这些材料在测试场景中的表现。
问 AW：根据格林特威德公司的经验，热塑性复合材料的可回收性有哪些考虑因素？
答 TM：我们目前正在与 AAM 公司和较大的航空航天原始设备制造商开展初步工作，探索可回收性方案。我们正在测试少量回收材料--来自废料、废弃物或可能退役的飞机--以评估它们与我们成型工艺的兼容性，并开发适当的配方和程序。有趣的是，一些 AAM 公司开始看到回收材料在环保方面的价值，而不仅仅是单纯的成本考虑，而是将其视为其平台的一种市场功能。尽管仍处于早期阶段，但这表明可回收材料在航空航天应用中更广泛的价值主张已得到越来越多的认可。
A SK： 虽然理论上热塑性复合材料可以通过重熔进行回收，但在航空航天领域的实际应用却面临着一些挑战，尤其是像 PEEK 和 PEKK 这样的高价值、高温聚合物。回收这些材料的商业案例尚未完全确定，主要是因为很难证明这些已经很昂贵的材料的回收版本的溢价是合理的。回收材料带来了新的认证挑战，尤其是对飞机结构部件而言。这通常会导致非结构性内饰部件，甚至体育器材等非航空应用领域的回收材料降级。我们已经在支持工业和医疗应用领域的此类活动，在这些领域我们回收自己的废料。展望未来，我们预计政府法规和激励措施将推动循环供应链的发展，迫使制造商对回收材料进行鉴定，并确定内部回收流。我们的技术能力非常适合帮助行业开发这些热塑性复合材料回收解决方案。
超過 160 年的熱塑膠解決方案創新者：
纖維成型和壓縮成型技術的創新方法：
在 NIAR 的支援下進行 IEffective 材料特性分析與認證：