帝人正在德国海因斯贝格再建第二条热塑性复材带生产线，这将大大扩大公司在这一材料领域的业务。

帝人(Teijin)在德国海因斯贝格（Heinsberg）的新热塑性预浸料生产线的特点是能够生产非常宽的胶带，宽度可达 24 英寸 (609.6 cm)。该生产线还为热塑性单向（UD）胶带生产提供了前所未有的工艺和质量控制。图片来源：Teijin Carbon Europe

预计热塑性复合材料将在各种下一代飞机的主要结构制造中发挥更大的关键作用，从大型商用喷气客机到小型电动垂直起降（eVTOL- electric vertical takeoff and landing）飞机，这些飞机将成为新兴先进空中机动（AAM- advanced air mobility ）市场的核心。满足这一需求需要开发和制造符合日益严格的质量要求的单向带（UD-unidirectional）和多轴（multiaxial）热塑性复材带。

正是考虑到这些挑战，Teijin Carbon Europe GmbH（德国伍珀塔尔）最近在其德国海因斯堡工厂安装并调试了第二条热塑性胶带生产线。第一条生产线于 2011 年投入使用，符合波音公司的应用要求，旨在提供足够数量和宽度的热塑性胶带，用于研发和小批量生产。

第二条生产线于 2019 年投产，使用与第一条生产线相同的制造技术，但规模、速度和一致性意味着制造能力的全面提升。Teijin Carbon Europe 的开发总经理 Willem Jan ter Steeg 通过视频向我们介绍了 CW 公司新的碳纤维热塑性胶带生产线，并向我们介绍该系统及其功能。

宽、快、长、可重复

在开始他的生产线之旅时，ter Steeg 注意到，新生产线提供的工艺控制为帝人（Teijin）提供了前所未有的能力，能够快速、一致地生产符合宽度、厚度、面积重量、树脂分布、纤维体积分数（FVF- fiber volume fraction）、结晶度和孔隙率等严格质量标准的热塑性胶带。

首先，最值得注意的是，新生产线可以生产宽度为12(30.48cm) 或 24(609.6cm)英寸的复材带，这在热塑性复合材料供应链中并不常见。第二，ter Steeg 指出，新生产线提供了极大的灵活性，包括多达 220 个筒子架位置，以及调节湿度、温度、摊铺参数、张力和基材含量的能力。“我们有可能达到 34%至约40%或 42%的基材含量，”ter Steeg 说。“理论上我们可以达到50%，但没有要求。”该生产线通常生产纤维面重量（FAW- fiberareal weights）为 97-200 gsm 的复材带；已展示过超过 200 gsm 的纤维面重量（FAW- fiber areal weights）

UD 碳纤维是新生产线上加工的主要增强材料，但也可以使用芳纶等其他材料。碳纤维直接来自 Teijin，Teijin 是世界上最大的碳纤维制造商之一。

 当纤维从筒子架中出来并张紧进入生产线时，它们进入浸渍单元。在这里，ter Steeg 注意到浸渍单元将树脂基材分散为粉末，然后与乳化剂混合并施加到纤维上。与熔融浸渍相比，该公司更青睐这种方法，因为它提供了更一致、更均匀的分散聚合物。Teijin 主要在该生产线上预浸聚醚醚酮（PEEK）和聚苯硫醚（PPS），低熔点聚醚醚醚酮和聚醚酮（PEKK）加工频率较低。terSteeg 指出，其他树脂基材体系也可以加工，但前提是它们与浆料中的乳化剂相容。

Teijin Carbon America 的航空航天营销工程师 Alfonso Lopez 表示，“我们这里讨论的系统对于高性能聚合物来说真的非常优秀，因为它们很难处理。我认为用这种特殊方法制造的复材带的质量非常适合，符合航空航天要求的质量。”

关于非粉末/浆料浸渍，ter Steeg 表示，“当然，我们也在研究熔融浸渍作为粉末的替代品，但目前我们没有这种技术的内部能力。但我们正在密切关注这一点。”

浸渍后，胶带通过干燥器，然后进入高温烘箱，该烘箱完成三件事：熔化聚合物，以确保均匀的聚合物浸渍；有助于减少空隙；并促进基质的适当结晶。“使用烤箱，我们可以确保熔融聚合物完全浸入胶带中，”ter Steeg 说，“当然，我们也可以以尽可能少的空隙量处理胶带。”

烘干后，将复材带修剪成一定长度-收集边角料并作为短纤维回收用于注塑成型-然后进行激光宽度、厚度和面积重量测量。“宽度和厚度之间存在相关性，所以我们基本上可以预先确定纤维的面积重量，”ter Steeg 说。“然后，我们在实验室进行测量，以确保我们有准确的纤维面积重量和准确的树脂含量。”

然后将胶带缠绕在生产线末端的线轴上。“这是一个 24 英寸宽的卷，”ter Steeg 指着线末端的一卷胶带说道。“我们每平方米有115 克 PPS 胶带。目前，这条胶带长近 900 米，没有任何缺陷。”他补充道，该生产线可以生产 2.5 公里长的胶带，没有缺陷或中断。

无法透露生产线的速度，但ter Steeg 确实声称，它可以以比Teijin 的竞争对手更快的速度生产热塑性复材带。“基材中挥发物的蒸发是速度的唯一限制，”他指出。该生产线的总产能因所生产材料的面积重量而异，但 ter Steeg 报告称，该系统在最大吞吐量和最大面积重量下，每年可生产 320 公吨。

在靠近复材带生产线的控制室内，Teijin 技术人员持续监控所有制造参数，最终提供完整材料可追溯性所需的所有生产数据。“正如你所知，这对航空航天来说当然是至关重要的，”特尔·斯蒂格说，“以确保一切都是可追踪的。所以这就是为什么我们要持续监控所有重要数据的原因。”

就整体产品质量而言，PEEK 是衡量所有其他复材带的标准。PEEK 结晶度是三种加工最频繁的树脂中最一致的。PEEK 是基准，因为其结晶率非常高，无论冷却速度如何，它都能以一致的结晶度进行焊接和成形。PEKK 和低熔点 PAEK 不一定是这样，在那里，你必须更加小心如何冷却它。然而，有了我们这里的生产线，我们可以控制热历史，因此我们可以将零冷结晶的材料从这条生产线中分离出来。

ter Steeg表示，最重要的一点是，新生产线提供了前所未有的过程控制选项，能够生产出高度一致的复材带质量。“这种质量的长度、宽度和速度在复合材料行业是独一无二的，”他说。“我们越来越接近热固性复材带的质量。”

资格、申请和未来

随着航空航天业从新冠肺炎疫情中复苏，以及波音和空客考虑新的飞机项目，这些项目肯定会扩大热塑性复合材料的使用，Teijin 正在关注市场，寻找需求量最大的纤维/树脂混合物的信号。Teijin Carbon America 的航空航天市场营销人员 Canart 表示，Teijin的 PPS 复材带“在快速进入项目方面取得了很好的成功，因此 PPS为我们打开了通向其他应用的大门，比如航空航天中的二级结构或内部结构。然后，我们就有了工业应用，比如缠绕胶带来制造管道和管材。”。Canart 还指出，碳纤维/PEEK 对于需要使用可加工复合材料块的应用很有吸引力。

Canart 表示，PEKK 的未来有点可疑，这取决于 Teijin 对市场发展的看法。“我们看到 PEKK 在 PEEK 和低熔点 PAEK 之间有点挤，”他说。“如果你想要一种真正的低熔点材料，低熔点PAEK 往往比普通 PEKK 更具优势。如果你想要高性能，我们仍然会推出 PEEK。”

Teijin 向 A&P Technology（美国俄亥俄州辛辛那提）提供了这种新型宽复材带，后者将其编织成中间格式，供热塑性复合材料制造商 ATC Manufacturing（美国爱达荷州波斯特福尔斯）使用和评估，Teijin 的 Lopez 在美国复合材料制造商协会（ACMA，弗吉尼亚州阿灵顿，美国）2022 年机动性会议上介绍了用于制造冲压成型前缘肋的织物和编织增强材料。Teijin 还参与了另一个项目，编织 0.125 英寸碳纤维/热塑性塑料管，长度可达 1.2 公里。

在工业方面，ter Steeg 表示聚苯硫醚（PPS）被证明是非常有吸引力的。他说：“我们在市场上看到的是，对一种具有高耐化学性和低吸湿性的聚合物的需求，因此对于泵等产品，我们也看到了非常高的需求”。“人们在这里寻找高质量材料的最低总成本。”

Canart表示，在快速增长的氢气市场，Teijin 正在评估热固性和热塑性复合材料在低温储氢压力容器中的应用。“当然，这带来了额外的复杂性，”他说。

Canart表示，Teijin 正在密切关注的终端市场是先进空中机动（AAM-- advanced air mobility），该公司可能需要大量的热塑性复合材料供应链。“AAM 想要什么，需要什么？”Canart 问道。“它会是一种标准的高性能聚合物，还是可能还有其他聚合物的空间？”

Teijin对材料进行了初步定性评估，以验证其在高性能应用中的能力。

这个问题的答案将指导 Teijin 在 Heinsberg 的下一步行动。terSteeg 说，假设需求在那里，第三条线是可能的。更宽的磁带呢？Teijin 目前生产的 24 英寸宽的复材带之所以吸引人，有很多原因。它满足了许多应用程序的需求，并且相对容易处理。他认为，36英寸的宽度会带来固结、收缩和搬运方面的挑战。此外，他指出，通过焊接两条较窄的胶带，可以制造出更宽的胶带。他说，“一切都在发展的蓝图中”。