随着新的工业部门的出现和现有的工业部门寻求更高的效率水平，他们正被驱使使用复合材料部件作为解决诸如腐蚀、减重、燃油效率和部件小型化等问题的有效办法。传统上，这些部件都是由热固性复合材料制成。随着这些部件越来越小，越来越复杂，这促使人们需要一种不同类型的复合材料解决方案，而热塑性复合材料正在被使用。由热塑性复合材料制成的零件可以设计得更加复杂，并能扩大制造规模，以生产更多的零件。

在航空航天业的推动下，复合材料的创新现在开始在其他行业和应用中找到牵引力。我们将审视2022年及以后将受到热塑性复合材料技术影响或推动的五个行业领域。

城市空中机动性（UAM）

 

航空航天业在复合材料创新方面一直处于领先地位。由于公认的性能、生命周期和制造方面的优势，复合材料继续在新的航空平台上取代金属，空客A350和波音787这两架商用飞机的复合材料含量超过50%[1, 2]。基于从减重、设计自由度和使用寿命等方面获得的成本效益，复合材料通常被用于大型一级和二级结构应用。一些常见的例子是飞机机翼、风力涡轮机叶片或汽车底盘。这些部件传统上是由热固性复合材料制成的。

在过去的几十年里，世界各地大都市的现代交通拥堵和典型通勤的挑战已经越来越严重。UAM制造商的先驱们不再从两个维度思考，而是从三个维度思考，以减轻大都市道路的一些压力。

将当今最现代的商业客机中的航空航天技术带入城市环境的小规模包装中，并不是一项简单的任务。重量、噪音、安全和性能都是重要的考虑因素。现代飞机利用热固性复合材料结构已经有很多年了。UAM制造商正在将传统的热固性复合材料纳入其设计，同时采用较新的热塑性复合材料。

热固性复合材料的典型应用是大型部件，但较小的互连部件仍然是为金属设计的。金属部件的复杂性和体积使它们很难从金属过渡到传统的热固性复合材料的应用。这时，热塑性复合材料可以带来轻量化和强度，以及制造复杂形状的能力。拥有热塑性复合材料平台的公司，如Greene Tweed的Xycomp® DLF，一直在迎接航空航天领域的这一挑战，并将继续以我们具有航空航天资质的热塑性复合材料产品改变UAM细分市场对复杂形状金属替代品的看法。

空间应用

 

在过去10年中，航天工业有许多第一，最引人注目的是 "SpaceX的猎鹰9号火箭第一级成功返回其发射地点附近的地球"[3]。像可重复使用的火箭级这样的突破是由商业航天公司开创的，并正在推动航天工业达到新的高度。可重复使用的火箭大大降低了将航天器发射到低地球轨道（LEO）的成本，这已开始使卫星群的商业案例达到我们从未见过的规模。卫星和卫星群（更大的卫星群作为一个系统一起工作）不是什么新鲜事，但这些新的卫星群的规模和数量使过去的任何事情都相形见绌。共享火箭的出现（将火箭的货物区分割成独立的可购买部分，供多家公司共享一枚火箭）为较小的组织和大学打开了行业，使其能够将自己的卫星发射到轨道。最近在2021年1月，SpaceX的 "猎鹰9号火箭将143个航天器送入轨道，这是一次发射最多的航天器的全球新纪录" [4]。

这些卫星正在使用像复合材料这样的先进材料来减轻发射时的重量，并帮助延长这些航天器的使用寿命。复合材料带来了独特的价值，如减轻重量，以便在火箭的有效载荷中增加卫星；整合部件，以减少装配时间和统一CTE（热膨胀系数）；以及能够在相同或更小的尺寸中实现新的配置的成型功能。卫星上的一些不同部件可以从使用复合材料中受益，如太阳能电池阵列、天线、航天器/有效载荷结构、动力系统、推进系统等。

在未来十年中，哪些将是空间探索的第一？它可能包括第一次商业太空旅游飞行，第一个商业空间站，和/或第一个登上火星的人？只有时间会告诉我们，但热塑性复合材料很有可能会伴随着这个过程。

机器人技术

 

机器人技术已经影响到许多行业和应用，包括航空航天、国防、工业制造、石油和天然气、医疗以及其他行业。这些机器人技术的应用可以包括联合机器人与人类同事并肩工作，人类控制的机器人进入极端环境（这样人类就不需要），以及无人驾驶车辆从事以前人类无法完成的工作。机器人技术是一项真正的革命性技术，有可能影响各行各业的生活。

由于机器人的存在感越来越强，在某些应用中，机器人的重量、有效载荷重量、电池寿命和安全性成为关键的设计特征。这就是高性能热塑性复合材料能够带来价值的地方。通常情况下，这些机器人的尺寸和复杂性不适合传统的热固性复合材料，特别是考虑到所需的体积。

用压缩成型的热塑性塑料替代复杂形状的金属，可以帮助大幅减轻机器人的重量，帮助其运输更重的有效载荷和/或延长电池寿命。这些好处可以帮助提高操作效率，有时也是使机器人技术成为可能的因素（在特定的应用中）。Greene Tweeds Xycomp® DLF（非连续长纤维）热塑性复合材料解决方案在取代复杂形状的金属部件时，可以带来减重、部件整合、模内功能等。

氢气经济

 

新的氢经济有可能颠覆和改变能源世界，但氢经济唯一有意义的方式是基于绿色氢气。可再生能源的崛起，政府和私营部门对净零经济的推动，以及绿色氢气的潜力，都对氢经济的出现起到了一定的作用。氢气目前的应用是火箭燃料、工业加工和化学制造，但未来氢气的真正潜力是作为交通和发电的清洁燃料来源。 加工氢气拥有自己的挑战，不仅仅是改变基础设施。

基础设施变革的最大挑战之一是将氢气从生产地转移到使用点。氢气是一种小分子气体，由于金属脆性和较低的压力比问题，传统的离心式压缩机无法运输纯氢气，这需要提高转速，而传统的金属叶轮由于尖端速度的限制无法达到。

从绿色氢气生产到氢气能源储存和燃料电池电动汽车的整个新氢气供应链的发展将增加对能够有效处理高纯度氢气的下一代离心压缩机的需求。这些新的离心式压缩机将由高性能的热塑性复合材料解决方案来实现。

热塑性复合材料迷宫式密封可以将离心式压缩机的效率提高1%或更多，同时不会成为腐蚀或金属脆化的受害者。由高强度重量比的热塑性复合材料制成的叶轮有可能使离心式压缩机处理高纯度的氢气，通过减少叶轮重量和转子上的应力，从而允许更高的旋转速度。这些技术将使原始设备制造商能够为能源公司和政府提供必要的设备，以实现绿色氢气作为化石燃料的有效能源替代品的好处。

半导体制造

 

随着在家工作经济的出现和COVID-19带来的供应链挑战，半导体行业在大流行期间出现了令人难以置信的需求和供应压力。集成电路芯片的制造有许多步骤，包括蚀刻、光刻、沉积、晶圆清洗和其他。这些步骤使用奇特和苛刻的化学制品来创造复杂的节点结构，从而实现今天的计算能力水平。

随着图案特征尺寸的缩小，与控制微粒和化学污染以实现高半导体器件产量有关的挑战已变得越来越难以解决。腔室和清洗过程中使用的部件必须能够承受更高的温度和恶劣的化学环境，而不会降解或产生微粒。这些条件导致用先进的热塑性复合材料和新的制造方法取代现有材料，以满足下一代晶圆加工设备的耐温和耐化学性要求。

参考文献。

[1] "波音787设计亮点"，www.boeing.com，2015年4月22日访问，http://www.boeing.com/ commercial/787/#/design-highlights/visionary-design/composites/advanced-composite-use/。

[2] Keith Campbell."空客将在09年底开始为新的A350 XWB制造零件"，《工程新闻》在线，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月访问，https://www.britannica.com/topic/SpaceX。

[4] Michael Sheetz."SpaceX公司发射了携带143个航天器的'共享'任务，创造了单次发射的记录"，CNBC，2021年1月24日，https://www.cnbc.com/2021/01/24/spacex-launches-rideshare-mission-with-143-spacecraft.html。