隨著新的行業細分市場的出現和現有行業市場尋求更高水準的效率，它們正被驅動到複合材料部件上，作為腐蝕、減輕重量、燃油效率和部件小型化等問題的有效解決方案。傳統上，這些部件由熱固性複合材料製成。隨著這些部件變得越來越小和越來越複雜，這就推動了對不同類型的複合材料解決方案的需求，並且正在使用熱塑性複合材料。由熱塑性複合材料製成的零件可以設計得更加複雜，並且可以擴大製造規模，以生產更大容量的零件。

在航空航太工業的推動下，複合材料的創新現在開始在其他行業和應用中找到牽引力。我們將研究將在 2022 年及以後受到 熱塑性複合材料 技術影響或實現的五個行業領域。

城市空中交通

 

航空航太工業在複合材料創新方面一直處於領先地位。由於公認的性能，生命週期和製造優勢，複合材料繼續取代金屬在新的航空航天平臺上，空中客車A350和波音787作為兩架商用飛機的例子，複合材料含量超過50%[1，2]。複合材料通常用於大型初級和二級結構應用，基於減輕重量、設計自由度和使用壽命等成本效益優勢。一些常見的例子是飛機機翼、風力渦輪機葉片或汽車底盤。這些部件傳統上由熱固性複合材料製成。

在過去的幾十年裡，世界各地大都市地區的現代交通擁堵和典型通勤的挑戰越來越嚴重。UAM製造商的先驅們不是從兩個維度上思考，而是從三個維度上思考，以減輕大都市道路的一些壓力。

將航空航天技術應用於當今最現代化的商用客機並將其帶入城市環境的小規模包裝並非易事。重量、噪音、安全性和性能都是嚴肅的考慮因素。現代飛機多年來一直在使用熱固性複合材料結構。UAM製造商正在將傳統的熱固性複合材料納入其設計中，同時採用更新的熱塑性複合材料。

熱固性複合材料的典型應用是大型元件，但較小的互連元件仍然是為金屬設計的。金屬部件的複雜性和體積使它們難以從金屬過渡到傳統的熱固性複合材料。這就是熱塑性複合材料可以帶來輕量化和強度以及製造複雜形狀的能力的地方。擁有Greene Tweed的 Xycomp® DLF 等熱塑性複合材料平臺的公司一直在航空航太領域應對這一挑戰，並將繼續通過我們的航空航太合格熱塑性複合材料產品改變UAM市場區隔中複雜形狀金屬替代的看法。

空間應用

 

在過去的10年中，航太工業有許多第一，最著名的的是“SpaceX的Falcon 9火箭第一階段成功返回其發射場附近的地球” [3]。商業航太公司率先推出了可重複使用的火箭級等突破，並將航太工業推向了新的高度。可重複使用的火箭大大降低了將航太器發射到LEO（低地球軌道）的成本，這已經開始為我們從未見過的規模的衛星星座提供商業案例。衛星和衛星星座（作為一個系統一起工作的更大衛星群）並不是什麼新鮮事，但這些新星座的規模和體積使過去所做的任何事情都相形見絀。拼車（將火箭的貨物區域分成單獨的可購買部分，供多家公司共用一枚火箭）的出現為小型組織和大學打開了行業大門，使他們能夠將自己的衛星送入軌道。就在2021年1月，SpaceX的“獵鷹9號火箭將143艘航太器送入軌道，這是一次發射最多的航太器的新全球紀錄” [4]。

這些衛星使用複合材料等先進材料來減輕發射時的重量，並有助於延長這些航太器的使用壽命。複合材料帶來了獨特的價值，例如減輕重量以在火箭的有效載荷中增加衛星，零件整合以減少組裝時間和均勻的CTE（熱膨脹係數），以及能夠模塑功能，以實現相同或更小尺寸的新配置。衛星上的幾個不同 元件 可以從使用複合材料中受益，例如太陽能電池陣列、天線、航太器/有效載荷結構、動力系統、推進系統等。

未來十年的太空探索第一將是什麼？它能否包括第一次商業太空旅遊飛行，第一個商業空間站和/或火星上的第一個人？只有時間會證明一切，但熱塑性複合材料很可能會隨之而來。

機器人

 

機器人技術已經影響了許多行業和應用，包括航空航太、國防、工業製造、石油和天然氣、醫療和其他行業。這些機器人技術應用可以包括與人類同事並肩工作的協作機器人，進入極端條件的人類控制的機器人（因此人類不必這樣做），以及無人駕駛車輛做以前無法由人類完成的工作。機器人技術是一項真正革命性的技術，有可能影響各行各業的各行各業。

由於機器人的存在越來越多，對於某些應用，機器人重量、有效載荷重量、電池壽命和安全性成為關鍵的設計特徵。這就是高性能熱塑性複合材料可以帶來價值的地方。通常，這些機器人的尺寸和複雜性不適合傳統的熱固性複合材料，特別是考慮到所需的體積。

用模壓成型的熱塑性塑膠代替複雜形狀的金屬可以説明大幅減輕機器人的重量，説明它運輸更重的有效載荷和/或延長電池壽命。這些好處有助於提高運營效率，有時是使機器人成為可能的因素（在特定應用中）。Greene 花呢 Xycomp® DLF（不連續長纖維）熱塑性複合材料解決方案在更換複雜形狀的金屬零件時，可以減輕重量、零件整合、成型功能等。

氫經濟

 

新的氫經濟有可能破壞和改變能源世界，但氫經濟唯一有意義的方式是它是否基於綠色氫。可再生能源的興起、政府和私營部門對凈零經濟的推動以及綠色氫的潛力都在氫經濟的出現中發揮了作用。氫的當前應用是火箭燃料、工業過程和化學製造，但氫的真正潛力的未來是作為運輸和發電的清潔燃料來源。 處理氫氣不僅需要改變基礎設施，還面臨著自身的挑戰。

基礎設施變革的最大挑戰之一是將氫氣從生產轉移到使用點。氫氣是一種小分子氣體，傳統的離心式壓縮機由於金屬脆化和較低的壓力比問題而無法輸送純氫氣，由於尖端速度限制，需要增加傳統金屬葉輪無法達到的轉速。

從綠色氫氣生產到氫能儲存和燃料電池電動汽車的全新氫氣供應鏈的發展將增加對能夠有效處理高純度氫氣的下一代離心式壓縮機的需求。這些新型離心式壓縮機將採用高性能熱塑性複合材料解決方案。

熱塑性複合迷宮式密封件可以將離心式壓縮機的效率提高 1% 或更多，同時不會受到腐蝕或金屬脆化的影響。由高強度重量比熱塑性複合材料製成的葉輪有可能通過減輕葉輪重量和轉子上的應力，使離心式壓縮機能夠處理高純度氫氣，從而實現更高的轉速。這些技術將使原始設備製造商能夠為能源公司和政府提供必要的設備，以實現綠色氫作為化石燃料的有效能源替代品的好處。

半導體製造

 

在大流行期間，隨著家庭經濟工作的出現和 COVID-19 導致的供應鏈挑戰， 半導體行業 出現了令人難以置信的需求和供應壓力。IC晶元的製造有許多步驟，包括蝕刻，光刻，沉積，晶圓清潔等。這些步驟使用奇特和苛刻的化學物質來創建複雜的節點結構，從而實現當今的計算能力水準。

隨著圖案特徵尺寸的縮小，控制顆粒和化學污染以實現高半導體器件良率的挑戰變得越來越難以解決。腔室和清潔過程中使用的部件必須能夠承受更高的溫度和惡劣的化學環境，而不會降解或產生顆粒。這些條件導致用 先進的熱塑性複合材料 和新的製造方法取代現有材料，以滿足下一代晶圓加工設備的溫度和耐化學性要求。

參考：

[1] “波音787設計亮點”，www.boeing.com，2015年4月22日訪問，http://www.boeing.com/ 商業/787/#/設計亮點/遠見設計/複合材料/高級複合材料使用/。

[2] 基思·坎貝爾。“空中客車公司將於09年底開始為新型A350 XWB製造零件”，《工程新聞在線》，2009年5月11日， http://www.engineeringnews.co.za/article/airbus-to-start-manufacturing-parts-fornew-a350-xwb-in-late-09-2009-05-11。

[3] “SpaceX”，britanica.com，2021 年 10 月訪問， https://www.britannica.com/topic/SpaceX。

[4] 邁克爾·希茨。“SpaceX 發射了攜帶 143 艘航太器的'拼車'任務，創下單次發射的記錄”，CNBC，2021 年 1 月 24 日，https://www.cnbc.com/2021/01/24/spacex-launches-rideshare-mission-with-143-spacecraft.html。