熱塑性復合材料（TPCs）憑借其高比強度、高比剛度、可回收性及快速成型等優勢，已成為航空航天、汽車、建筑等高端工程領域的研究熱點。近年來，TPCs在材料開發、制備技術及工程應用方面取得顯著進展，推動了相關產業的技術升級與結構優化。

一、材料開發：高性能樹脂與纖維的協同創新

TPCs的性能核心在于樹脂基體與增強纖維的協同作用。在樹脂領域，耐高溫、高韌性聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）和聚醚酰亞胺（PEI）成為主流選擇。其中，無定形PEI因加工溫度低、成本可控，在飛機結構件中應用廣泛；而半結晶PEEK則憑借250℃長期耐熱性和優異的機械性能，成為航空主承力結構的候選材料。為解決PEEK加工溫度高、粘度大的問題，低熔點聚芳醚酮（LM-PAEK）被開發出來，其350-385℃的寬工藝窗口顯著提升了自動化加工效率，并降低了殘余成型應力。

纖維增強方面，碳纖維、玻璃纖維與芳綸纖維的復合體系不斷優化。連續纖維增強技術通過將纖維長度延長至數千米，配合熱塑性樹脂浸漬工藝，制備出層壓板、預浸帶等中間材料。例如，碳纖維/PEEK單向預浸膠帶已通過航空級認證，其強度與模量指標可滿足主結構部件需求。此外，短纖維增強技術通過將0.2-0.6mm纖維混入熔融樹脂，實現復雜結構件的一體化成型，雖機械性能提升有限，但成本優勢顯著。

二、制備技術：從實驗室到工業化的跨越

TPCs的制備技術正突破傳統熱壓罐工藝的限制，向高效、低成本方向演進。熔體浸漬法通過擠壓器將熔融樹脂喂入纖維模具，實現纖維與樹脂的強制浸漬，適用于長纖維增強顆粒生產；而粉末浸漬法則利用靜電吸附將樹脂粉末附著于纖維表面，再通過加熱熔結完成浸潤，工藝速度快且成本低。

原位成型技術是近年來的重大突破。該技術通過熱源將預浸帶中的樹脂加熱熔融，配合壓力輥加壓鋪放，實現超大、超厚制件的無模具成型。相較于熱壓罐工藝，原位成型生產周期縮短80%，成本降低30%以上。例如，在飛機機翼蒙皮制造中，原位成型技術可實現每分鐘60米的鋪放速度，且層間質量與烘箱固化工藝相當。

焊接技術的成熟進一步推動了TPCs的工程化應用。電阻焊接、感應焊接及超聲焊接技術通過熱塑性樹脂的熔融-固化特性，實現了復合材料部件的高強度連接。其中，感應焊接利用渦流效應加熱焊接界面，避免了機械緊固件帶來的應力集中問題；而超聲焊接則通過高頻振動產生摩擦熱，適用于大批量自動化生產。

三、工程應用：航空航天領域的規模化突破

TPCs在航空航天領域的應用已從次承力結構向主承力結構拓展。在民用航空方面，空客A380機翼前緣、翼肋及發動機塔架蓋大量采用碳纖維/PPS復合材料，通過電阻焊接技術實現筋條與蒙皮的一體化成型，使結構減重20%以上。灣流G650公務機的垂直尾舵則采用碳纖維/PEI材料，結合感應焊接技術，替代傳統金屬鉸鏈，成本降低20%的同時，疲勞壽命提升3倍。

在航天領域，TPCs的應用正推動運載器的輕量化革命。某型火箭發動機殼體采用碳纖維/PPS預浸帶，通過激光輔助纖維鋪放技術制備出直徑1.3米、長度2.5米的原理樣機，其爆破壓強達23.9MPa，技術成熟度達到TRL5級。此外，TPCs的可回收性使其在衛星結構件中展現出獨特優勢，某型衛星承力筒通過熱塑性樹脂的熔融重塑，實現了多次空間任務后的材料再利用。

TPCs的研究進展正深刻改變高端制造領域的材料體系與工藝范式。未來，隨著材料成本下降、制備技術成熟及連接工藝優化，TPCs有望在新能源汽車電池殼體、建筑輕量化構件等領域實現更大規模應用，成為推動綠色制造與可持續發展的關鍵力量。