熱塑性復合材料（TPCs）是一項誘人的技術，將在增強塑料市場獲得越來越大的份額。
想象一下從電動汽車的快速熱成型結構件，到快速移動的空氣動力學表面上的抗沖擊前緣的每件產品，很多人都將這類材料視作復合材料未來的新浪潮。也有人將其看作是特異性高端應用與大眾市場之間所缺失的一環。
諷刺的是，熱塑性塑料與金屬之間的競爭與熱固性塑料一樣面臨掣肘。借由廣泛的應用基礎和設計師日益強大的自信心，熱固性塑料的應用迄今已經累積了大量的經驗，使得這些復合材料能夠替代金屬或與之配合使用。但事情不總是如此，熱塑性復合材料面臨著與熱固性復合材料同樣的一些阻礙，后者已對其加以大力克服--即缺少熟悉度，沒有已建立的設計規范，缺乏材料性能數據和得到驗證的生產技術等。投資總是傾向于經過反復考驗的傳統復合材料，導致了增強熱固性復合材料的繁榮發展，而熱塑性復合材料則被認為具有高風險，唯有從陰影中逐步前進。然而當前，熱塑性塑料得到了更多的了解，人們知道它能夠帶來的更多。
對飛行器而言，它們能帶來數倍于其競爭對手熱固性塑料的出眾的抗沖擊性，具有防火、低煙、無毒的特性，耐受大多數航空流體，以及制造前在材料倉庫中的無限儲存期。由于可熔融加工，它們能采用熱成型，之后也可在新應用中再成型。它們可采用熔接制造具有高度完整性的連接口，避免因采用緊固件而增加重量又耗費成本。在其使用期結束時，它們還可回收。其生產工藝通常都比較快，一般無需采用熱壓罐固化。生產過程中的揮發性有機物排放也根本不成問題。還可以采用纖維自動鋪放設備及其他自動化設備。這類復合材料適用于高度集成結構，這一特點加上其重量輕的特質，使之在最小化結構件數量方面與熱固性材料一樣富有價值。
圖1. 福克航空結構公司（NL）、灣流航宇公司（USA）、KVE 復合材料集團（NL）、TenCate 先進復合材料公司（NL）以及泰科納集團（GER）參與了所有新型灣流G650 尾翼部分的首款焊接熱塑性復合材料方向舵和起落架的研發。（圖片：TenCate）
汽車行業非常重視生產周期，比起領先的商業飛機制造商每月力爭生產10到12 架飛機，這個行業每天都要生產成百上千的汽車。的確，熱塑性復合材料可以在僅僅幾分鐘的生產周期內加工完成，僅是熱固性塑料部件所需固化時間的一小部分。與在航空領域中一樣，這種材料的減重能力非常關鍵，尤其是在電動及混合動力汽車上。對于汽車制造商來說，另一個巨大的好處是，熱塑性塑料能幫助他們迎合生命周期結束后的回收指標，現在國內國際的監管部門都已強制執行。
不好的地方在于，由于大多數熱塑性樹脂天生具有高粘度，不是像熱固性塑料那樣的液體，因此它在浸漬增強纖維時就比較難，通常需要樹脂融化所需的溫度和一定壓力的配合。需要專門的模具和設備，從而增加了制造成本。而熱塑性樹脂與增強纖維之間的連接強度仍可能存在問題，盡管纖維浸潤劑和表面處理技術已經逐漸減少了這些問題。另一個缺點在于，事實上有些熱塑性塑料在長時間負載下比熱固性塑料更傾向于發生蠕變。某些熱塑性塑料則會在陽光直射和紫外光下發生降解。某些則會在高溫下熔化，盡管有些熱塑性塑料能夠承受
以下是一些關于熱塑性塑料如何在一些特定領域中“引起轟動”的例子。
航空航天
航空器的建造者為熱塑性復合材料結構開辟了一條道路，該行業偏愛高規格的樹脂，比如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚醚酰亞胺（PEI）、聚醚砜（PES），以及聚苯硫醚（PPS）。例如， 十幾年前， 韋斯特蘭直升機（Westland Helicopters）采用PEEK試驗制造了具有復合材料水平尾翼的直升機。如今，阿古斯特• 維斯特蘭（Agusta-Westland），原公司的Anglo-Italian 企業繼任者，在其商業化生產的AW169 直升機上采用了碳纖維增強PPS水平尾翼。
圖2. TenCate 為空客A350 等飛機生產熱塑性復合材料。（圖片：Alexandre Doumenjou）
TenCate 公司一直以來都是連續纖維增強熱塑性復合材料主要的支持者和開發者，該公司現已向市場推出了一系列材料，包括碳纖維、玻璃纖維及氨綸纖維增強的PEEK、PEI 及PPS 樹脂單向纖維預浸料，以TenCate Cetex® 品牌出售。空中客車的龍頭產品超大型飛機A380 的機翼前緣和較小型的四發動機飛機A340 采用了以PPS 為樹脂基的復合材料，再度確保了高耐沖擊性。Cetex半預浸料保護空客A
灣流宇航公司（The Gulfstream Aerospace）G650 公務機擁有熱塑性復合材料方向舵和起落架，這兩部分的零組件采用了感應焊接來連接。其結構由TenCate Cetex 碳纖維增強PPS 預浸料制造。工藝采用了一臺感應焊接機器人將翼梁和翼肋焊接到蒙皮上，碳纖維則有助于工藝過程中的熱傳導。為了獲得最高的質量水平，這些零部件還在熱壓罐內進行了一個額外的循環。TenCate先進復合材料有限公司集團董事Frank Meurs 稱此為熱塑性復合材料的一種典型應用。
“這一應用將先進的設計、材料和工藝齊聚到了一個成功的組合中，獲得了高性能的飛機主結構件。抗沖擊性能、較輕的重量以及部件的整合度是其優勢所在。”
此外，飛機操縱面被認為是商業飛機最早使用的熱塑性復合材料主結構件，據說其重量不到過去（熱固性）復合材料重量的十分之一，而成本則不到它的五分之一。
TenCate 公司的材料應用于一系列的商業及軍事航空領域，包括雷達罩、無人機、直升機、輕型飛機、導彈、衛星和空間站。Frank Meurs 指出，該公司在熱塑性復合材料領域，尤其是航空航天領域，擁有25 年的應用經驗。其熱塑性復合材料預浸料具有豐富的“飛行”經驗，它們因其最佳的樹脂化學，以及采用具有成本效益的非熱壓罐工藝提高零部件產量和生產力而受到重視。該公司也向工業、休閑、通訊和彈道防護系統的制造商提供熱塑性復合材料及其專業技術。
總體來說，荷蘭已經建成了一套有關纖維增強熱塑性塑料的領先專業技術。在材料研發領域，TenCate 還與代爾夫特理工大學（the University of Delft）擁有長期合作；而在熱塑性復合材料領域，屯特大學（the University of Twente）的生產技術研發小組自2008年已與TenCate 公司、福克航空結構公司以及波音公司并肩工作，并重點關注連接和焊接方法。
最近， 法國的一級供應商Daher-Socota 加入了這個團體，助力于航空用增強熱塑性塑料技術的開發和促進。這家法國公司在增強熱塑性塑料領域擁有大量的跟蹤記錄，該公司的總裁和首席執行官指出，僅在2013 年，公司就向五個飛機項目交付了零部件。
根據Daher 的聲明，“這些高科技材料的應用正日漸增長，因為它們能帶來優于熱固性復合材料的顯著優勢，它們能在高溫下成型和焊接，使之適用于如超聲波和感應焊接技術這樣的快速生產技術。”
Daher-Socota 使用了一系列纖維和樹脂的材料組合，包括適用于PEEK、PEK、PPS 和PEI 樹脂基的碳纖維和玻璃纖維。其在法國南斯的制造中心為空客A
圖3. 汽車應用中的熱塑性塑料汽車底板。（圖片：TenCate）
成本，尤其是PEEK 的成本，仍然制約了航空用熱塑性塑料的應用。業界意圖更加廣泛地采用成本更低、加工更快的PEKK 材料，卻因該材料較低的機械性能受到阻礙，但研究人員希望研發出一種性能和成本介于PEEK 和PEKK之間的新型樹脂基材料。這種材料能夠擔當在機翼中的應用，在該應用中，其對航空燃油和其他航空液體的耐腐性特點將會非常有利。
汽車
另一個為熱塑性塑料帶來巨大希望的領域是汽車，尤其是電動汽車，其有望終結那無所不在的內燃機汽車的統治地位。電動汽車現在真的在馬路上出現了。一個有趣的例子是德國知名汽車制造商的BMWi3。這輛五門的城市電動汽車是寶馬公司的首輛零排放量產車，同時也是首款擁有熱塑性塑料外蒙皮的車型。盡管在此案例中的熱塑性塑料并非纖維增強材料，但其應用將有助于加速技術型熱塑型塑料在公路車輛上的采用，既包括增強型，又包括非增強型材料。因而值得在此一提。
為了兌現其單次充電可行駛80 ～
最終得到一副堅固的汽車車身，重量僅為同類由鋼焊接面板制造的車輛的一半。它的許多內部組件由碳纖維增強聚氨酯（PU）制造，據說這是此種熱塑性復合材料的首個車輛應用。例如，有一種復合材料由來自可回收碳纖維增強塑料的纖維來增強聚氨酯樹脂基，它被用來制作后座殼體。預計這種技術未來將獲得廣泛的應用。
其他應用包括一些特制零件。例如，瑞士公司Kringlan Compos ites 與TenCate 先進復合材料公司合作為高性能汽車研發一種碳纖維增強熱塑性塑料車輪。Kringlan 負責設計和制造，而TenCate 則投入了其熱塑性復合材料方面的專門技術。有望比同等金屬車輪減少30 ～ 40% 的重量。Kringlan 指出，其已經開發了一種專利技術，能用于復合材料車輪的連續生產，遵循了業界最高的性能標準，包括承重大以及耐沖擊力好。TenCate 預測，未來，熱塑性復合材料、數字印刷以及先進的3D 設計技術將同時出現在一系列汽車組件上，這將幫助汽車制造商們滿足日漸嚴格的立法要求，不僅在減少排放和道路安全方面，也包括使用壽命結束后的回收利用方面。
在幾種目前正處于不同研發階段的未來應用中，有一種自動傾卸卡車的翻斗（傾倒部分）采用了熱塑性復合材料，而“超級巴士”，一種所謂的巴士系統，其大部分結構都基于熱塑性復合材料。TenCate 公司的Frank Meurs 為車用熱塑性復合材料預言了一副錦繡前程。正如他對《增強塑料》（Reinforced Plastics）雜志所說。
“在減少與熱固性材料制造相關的工藝時間上還有很大的空間。這一點對于像汽車這樣大批量制造的產品來說是無比重要的。另一個好處是零部件的組合相對容易，以致零部件數量大大減少，并將在未來加快整體生產速度。我認為，未來增強型熱塑性塑料將在汽車的主要結構件，比如立柱和車架上增加使用。”
TenCate 還與巴斯夫公司建立了合作聯盟，共同研發模塑材料，其將在不同密度和方向上采用長纖維增強材料，這取決于汽車客戶對結構的要求。
可再生
增強型熱塑性塑料在可再生能源結構上也有很大的發展空間。例如，風機葉片的制造商受到熱塑性復合材料可能相對較短的模具周期和相對簡單的修復和再循環能力吸引，盡管他們目前還對成型如此巨大的產品的實際可操作性，以及不確定的靜態特性、疲勞性能、吸水性，尤其是制造成本感到信心不足。
工藝需要采用一種液體樹脂或接近液體的樹脂，因為在大型實用型風機葉片的生產中，在壓力下熔融共混具有高粘度的基體材料是不可行的。因此，愛爾蘭的EireComposites Teo 公司采用環對苯二甲酸丁二酯（cyclic butylene teraphthalate，即CBT）生產了一個長
圖4. 在可再生能源結構領域，增強熱塑性塑料也大有可為。（圖片：Jesus Keller/Shutterstock.com）
同時， 荷蘭的葉片制造商Global Blade Technology（現已破產的General Blade Technology BV 的貿易名稱），將葉片的經濟可承受性作為目標，與代爾夫特理工大學的一個團隊并肩工作，該團隊開發了一種陰離子聚酰胺（APA-6），這是一種反應型熱塑性塑料，具有高度的流動性和可加工性，與熱固性塑料有幾分相似。源自代爾夫特的消息稱，APA-6 的粘性就像水一樣，因此在復合材料的初期生產階段非常容易浸潤纖維增強材料。據說，這種熱塑性塑料顯示了杰出的靜態特性和很好的耐疲勞性，這是風機葉片用復合材料的其中一個主要條件。經濟可承受性、較短的灌注和固化周期，以及經濟再循環性則是其宣稱的其他優勢。
然而實驗表明，APA-6 可能比CBT 更易吸濕，因此需要在整個生產周期中進行干燥。哪種低粘性基體材料最適合制造風機葉片，或者是否有其他更加適合的熱塑性塑料，有關的爭論還在繼續。無論選擇了何種材料，都必須適用于大部分葉片制造商已經采用的真空灌注成型工藝，并且必須能夠大批量供應。
目前，一個由歐盟委員會在歐盟第七框架計劃下建立的為期四年的項目，正處于改進葉片設計的階段，改進方法是通過在海上風電葉片的某些零部件中用高性能熱塑性復合材料代替熱固性材料。“采用具有成本效益的先進復合材料之風機葉片的輕量化設計項目”（Wind Blade Using Cost-Effective Advanced Composite Light-Weight Design， 簡稱WALiD）始于2013 年，旨在向風機葉片的葉根、葉尖、葉殼夾芯及抗剪腹板引入熱塑性復合材料，以減輕重量、減少成本。用熱塑性泡沫材料取代外殼夾芯能令芯材密度得到優化，適應葉片不同區域所承受的負載，也能與快速自動化工藝相配合。有一種熱塑性塑料涂層能夠提高葉片的環境抗力和耐磨性，以及防冰性能和耐用性。歐洲十一國組織組成了WALiD 財團，向該項目提供了五百多萬歐元，歐盟委員會則提供了大約四百萬歐元。
某些企業和機構，比如丹麥的LM風電集團（LM Wind Power）擔心，采用熱塑性復合材料技術在風機葉片上代替傳統熱固性塑料太過昂貴，而且目前尚無熱塑性復合材料系統已經準備好挑戰熱固性塑料的首要地位。
即使是EireComposites 公司顯然也對干燥周期、粘度變化、模具冷卻、CBT的可用性等影響因素持保留意見，令其轉而尋求新型熱固性塑料解決方案，例如采用環氧樹脂粉末技術。然而，熱塑性復合材料與生俱來的吸引力依然巨大，研發人員仍在繼續尋找能夠為這種類型的復合材料在葉片的制造中帶來轉折點的材料、模具和工藝方法的組合。
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