碳纤维增强塑料（CFRP）创新焊接技术：东丽公司为航空业带来的革命性突破

近年来，航空工业不断追求轻量化与高性能，碳纤维增强塑料（CFRP）凭借其轻质高强的特性被广泛应用于飞机结构件。然而，传统的热固性CFRP有一个致命弱点——它无法像金属或热塑性塑料那样被熔化焊接，这成为制约飞机高速生产和材料创新的关键瓶颈。

如今，日本东丽公司通过开发一种热熔焊接技术，成功实现了热固化性CFRP与热塑性CFRP的高效连接，为航空制造业带来了重大突破。

技术瓶颈：CFRP的“焊接”难题

目前，飞机上广泛使用的CFRP主要是热固性CFRP。一旦固化，其形态便永久固定，无法通过加热重新软化连接。因此，在飞机制造过程中，热固性CFRP部件的组装主要依赖于机械连接（如铆接）或胶接。这两种方法都存在明显短板：铆接会增加重量并可能损伤纤维；胶接则固化时间长，且对表面处理和环境条件要求苛刻。这些都严重拖慢了飞机的生产节奏，成为高生产率目标的“拦路虎”。

与此同时，为了优化性能与成本，飞机结构正朝着“多材料化”方向发展，即在同一结构中整合热固性CFRP、热塑性CFRP乃至铝合金等多种材料。传统的连接技术难以实现这些异质材料间高效、高强度的结合。

因此，随着航空器生产效率的提升和多材料结构化的需求增加，开发一种能够实现热固化性CFRP高效率、高强度焊接的技术变得迫在眉睫。东丽公司针对这一挑战，致力于研究一种创新的焊接技术，旨在革新热固化性CFRP的组装工程，实现与铝合金飞机零部件相当的生产效率，并推动热固化性CFRP与热塑性CFRP的多材料结构化。

东丽的破局之道：为“不可焊”材料披上“可焊”外衣

东丽公司开发了名为“热熔焊接技术”的革新工艺，它是一种通过利用热塑性熔接层将热固化性CFRP牢固连接的热熔焊接技术。通过这种技术，即使是通常难以熔接的热固化性CFRP，也能像热塑性材料一样快速、高强度地焊接在一起。

这个过程可以形象地理解为两个步骤：

（I）赋能：为天生“不可焊”的热固性CFRP穿上了一件“可焊”的“热塑性外衣”。

（II）连接：利用这层“外衣”，通过加热、加压（如超声波焊接）的方式，将其与另一个热塑性CFRP部件或其他热塑性表面高速地熔合在一起。

这就好比给两块木头（热固性CFRP）的接合面都贴上了双面胶（热塑性焊接层），然后只需将胶面贴合加热，便能瞬间粘牢，从而绕过了木头本身无法熔接的难题。因此，通过东丽的专有技术，成功实现了热固化性CFRP与热塑性CFRP之间的热熔接。这一过程不仅提高了焊接效率，还确保了连接部位的高强度。

这项技术带来了多重革命性优势：

• 高速高效：焊接过程可在数十秒内完成，相比需要数小时固化的胶粘剂，极大地缩短了装配周期，为实现飞机的高速率生产扫清了障碍。

• 接头强度高：实验数据令人振奋。通过单搭接剪切（SLS）测试，采用此项技术的焊接接头强度超过了30 MPa。更为关键的是，破坏面观察结果显示，失效发生在热塑性CFRP基体内部，而非焊接界面或热塑性层与热固性CFRP的界面。这有力地证明了焊接接头的强度甚至高于热塑性材料本身，实现了真正牢固的“本体”连接。相比之下，传统的胶接试样则出现了胶层与热塑性膜的剥离，强度上限受限于胶粘剂。

  

• 实现多材料整合与自动化：东丽已成功开发出由机器人系统执行的自动化超声波焊接技术，并利用该技术成功组装了一个由“可焊接”热固性CFRP部件和热塑性CFRP部件构成的多材料结构示范件。这证明了该技术完美契合工业4.0的自动化、智能化生产需求，并能轻松实现热固性与热塑性CFRP的混合结构制造。

未来展望：从实验室迈向广阔天空

东丽的这项热熔焊接技术，不仅仅是连接工艺的简单替换，更是对飞机制造，特别是CFRP部件装配流程的一次根本性革新。它不仅有望解决热固性CFRP自身的装配效率问题，更打开了通往轻量化、高性能、低成本多材料结构的大门。

目前，东丽正致力于将这一高速率生产工艺推向实用化。未来的工作重点包括：将该技术与CFRP部件成型、无损检测等上下游工序进行整合联动，并开展更大规模的工艺流程验证，最终目标是在真实的航空制造环境中实现社会性应用。