东华复材公司朱姝：先进热塑性复材应用的春天何时到来？突破口在无人机？

      2012年SAMPE中国年会首次设立专门的热塑性复材分会场，至今刚好十年，东华复材核心技术团队投身航空级热塑性复材研究也恰好过去十年。十年后的今天，热塑性复材分会已发展成为独立的国际研讨会，参会人员从几十人上升到数百人，从事先进热塑性复材研究的国内课题组从几个变成了几十个，开发相关产品的国内企业也从当年的几家增加到几十家。而Composites Part A、Part B和CST的影响因子2012年是2左右，现在已经到10左右，很多篇结构型热塑性复材论文已经能够在3年内被引用超过20次，这在过去是做复材研究的人想都不敢想的……这些变化，说明国内的热塑性复材研究正在蓬勃向上，成为热点。

      但是，这十年，虽然大家拿了不少项目，发了不少论文，可是始终离产业化差一点火候。

      最近一年，团队在推进热塑性复材的产业化应用时遇到的首要困难是如何说服下游企业，让他们愿意用热塑性复材——热塑性复材在很多技术上已经完成了从0~1，但是如果没有下游企业需求的拉动，那么从1~100无疑很难真正实现。

      去年团队还在纠结，热塑性复材要替换的对象到底是热固性复材还是金属材料，现在已经很清楚了，是热固性复材，哪怕是走轻量化替代金属材料的路线，其实也是跟热固性复材进行竞争。

      跟热固性复材相比，尽管性能有优势，但价格更贵，还有一些已知的未知的问题需要探索解决，因此，先进热塑性复材在国内载人航空领域的应用目前似乎看不到明确的希望。

      其实，十年后的今天，国内先进热塑性复材仍然没有迎来春天。

      拥抱春天之前，首先要熬过冬天，并想方设法让冬天过得快一点。为了说服下游企业用热塑性复材，团队一直在不断地提高技术成熟度，不断地降本，不断地寻找难度更低、规模更大的应用突破口，以期先跑起来、验证起来，然后再在应用的过程中发现问题、解决问题。于是，团队瞄准了无人机领域。

      最近两年无人机行业进入了发展快车道，不仅国内需求快速增长，而且出口市场规模也在持续扩大，未来发展潜力巨大。今年航空工业集团发布的《白皮书》显示，2021年全球无人机市场规模超过了1,600亿，其中工业级无人机约占60%。到2025年，全球无人机市场规模有望达到5000亿元，工业级无人机市场规模占比将超过80%。

      目前国内研究无人机的企业已经超过1300家，拿到通航经营许可证的企业超过1.2万家。而且，当前很多无人机已经大量使用了碳纤复材，对于减重有迫切需求，并且有的无人机需要在更宽的温度范围内使用，有的需要做一些防摔、防腐的设计……所有这些，为先进热塑性复材的应用提供了可能。

      于是，团队将过去十年积累的相关技术包括板材的模压、异型件的冲压、零件到部件的感应焊接等，迅速应用到无人机零件、结构件的研发上，并不断深化、迭代。

      在板材成型上，团队在过去的基础上，主要做了三方面的工作：一是开发了水性“真溶液”型上浆剂。它是团队开发的第五代上浆剂，比过去的有机溶剂型的上浆剂更具有产业化的优势。目前已经解决了中试，并且在碳纤维生产线上完成了初步验证，二是开发了零缺陷的织物拼接工艺，为实现大尺寸的板材生产提供了可能。三是系统地研究了热塑性板材的服役性能，为产业化应用提供了数据。

      从板材到异形件的冲压，团队在过去开发设备工装的基础上，新提出了一种通过结晶结构来调控，提高压缩强度的方法。这种方法用于冲压工艺控制，可以提高产品的结构和性能的稳定性。

      在感应焊接方面，团队在以往的基础上，又提出了一种新的解决方案，可以实现厚度和面内双向的均匀温控，不仅可以实现高强度接头，保持外观的完整性，同时可以提高效率、降低生产能耗。此外，团队还开发了热塑性复材和金属之间的焊接技术。

      当前，团队已经成功研发了全国产热塑性复材L形角片，替代铝合金材料，用于某型的多旋翼无人机桁架和机臂与机身之间的连接用于某大型多旋翼无人机机臂和机架的连接。作为无人机的主承力结构之一，这些热塑性复材角片不仅可以明显减重，而且具有高抗冲韧性、高损伤容限、耐湿热环境、耐腐蚀等突出优势，在起飞降落过程和大雨风沙等恶劣环境中飞行时不易发生冲击破坏而失效，因而可以提高无人机飞行的安全性和平稳性。当然，它们在无人机上完成使命后，还可以通过一定的技术进行回收再利用，在汽车、体育器材等领域再次发挥作用。