为了了解热塑性复合材料在旋转设备（涵盖从工业领域到航空航天等多个行业使用的旋转设备）中应用的具体情况，《复合材料世界》（简称CW）采访了Greene Tweed公司耐磨部件产品经理Dave Noblin（简称DN），讨论了如何用热塑性复合材料来提升航空航天和工业领域中使用的旋转设备，从而与金属材料相比，实现更优的耐磨性、更高的效率和更长的使用寿命。
热塑性复合材料可以根据具体的应用需求而得到订制，从而获得广泛的性能优势，如耐磨性强、摩擦系数低以及尺寸稳定性好。这些特性使其成为离心泵和压缩机等旋转设备应用中金属零部件的理想替代材料。
CW：请简要介绍一下Greene Tweed的背景。
DN：Greene Tweed是一家全球性的高性能热塑性复合材料、电气连接器和密封件的制造商。160年来，公司一直为半导体、石油与天然气、石化加工、航空航天以及各种其他不容有失（零故障容忍）的行业客户提供服务。
CW：请介绍一下热塑性复合材料在能源、工业和航空航天等领域所需的旋转设备中应用的具体情况。
DN：我们注意到，市场对能够耐受极端工况条件的材料的需求正在不断增长。热塑性复合材料专为承受恶劣环境而设计，因此成为这些行业中严苛应用的理想之选。它们能在此类环境下保持性能优势，确保可靠性和持久性。
就设备的使用寿命而言，热塑性复合材料能够根据具体应用需求而得到订制，从而展现出广泛的性能优势，如耐磨性、低摩擦系数和尺寸稳定性。这种多功能性使得工程师们能够将材料选型与结构设计结合起来进行优化，提升设备的性能与耐久性。
具体到航空航天领域，我们提供复杂的复合材料异形件，用以替代较重的金属部件，且不会牺牲任何性能。我们的解决方案通常可减重40%-60%，提供卓越的强度/重量比，同时仍能满足航空业对防火、毒性和烟雾排放的严格要求。
至于能源和工业解决方案，更是我们的强项，这些部件被用于离心泵和压缩机等旋转设备中。在这些应用中，复合材料能够优化全生命周期成本，提升可靠性和效率。
CW：在耐磨性、综合性能和耐热性能方面，热塑性复合材料与金属等传统材料相比如何？
DN：这些设备使用的大多数传统材料（如金属）都存在固有的难题，比如，金属在高速接触时容易发生粘着磨损和咬死，因此，通常需要设计较大的运行间隙才能避免这一问题。但问题是，过大的间隙会降低设备效率，甚至在遇到工况波动（异常工况）时引发可靠性问题。
在这些恶劣环境中，金属还更容易受到某些腐蚀和磨损问题的影响，这会缩短它们的使用寿命。而热塑性复合材料则不同，它可专为应对这些问题而得到配制，不会发生咬合或卡死，因此可以将运转间隙设计得更小。正如我们之前讨论过的，这能通过减少回流以及稳定系统来提高效率。此外，它还拥有出色的尺寸稳定性，从而能在很宽的温度范围内（从深冷低温条件直到500℃及以上）保持性能一致。这使得它们成为一种非常可靠的选择，即使在金属材料可能难以胜任的极端运行条件下也能正常工作。
CW：与其他材料相比，热塑性复合材料的前期投入和长期综合成本如何？尤其是在计入维护成本节省和减少停机时间所带来的收益时。
DN：成本问题确实很早就被提及，而且经常被提及。与金属材料相比，热塑性复合材料无论是用于制造新设备，还是用于维修保养，其初期投入成本都较高。但是，正如我们之前讨论过的，通过提高设备的可靠性来延长维护保养周期，以及/或者通过提高运行效率来降低能耗成本，都将大幅降低设备的全生命周期总成本。
CW：关于热塑性复合材料，你还遇到过哪些其他的障碍或常见的误解？
DN：我们公司在应用复合材料以及将复合材料应用于旋转设备方面已有超过30年的经验积累，在这30多年里，我们发现，业界对复合材料普遍存在两个常见的误解，这使我们不得不经常去澄清这些误解。早期，人们总是错误地认为热塑性复合材料无法承受旋转设备运行时带来的严苛工况环境，当然，现在这种看法已没那么普遍了。为此，我们开展了大量的实验室测试研究来完成概念验证，随后又与OEMs和终端用户合作，在实际应用场景中验证了这一性能。多年来，我们看到，对这种材料的需求一直在稳步增长。
其次，成本始终是一个令人担忧的问题。用复合材料来装备你的设备，其初始成本可能比使用更传统的金属解决方案要高出不少。因此，我们在与制造商和终端用户合作的过程中，通过案例研究，记录下了许多成功的现场应用表现。比如，Greene Tweed的复合材料已被证实能够延长旋转设备的平均维修间隔时间（MTBR），并降低设备全生命周期成本。虽然其初始采购成本可能较高，但长期来看，在维护和能源方面节省的费用往往远超最初投资。通过真实的案例研究来向利益相关方进行宣导，确实有助于转变这种只看重初期投入的观念。
CW：对于那些正在考虑用热塑性复合材料来设计旋转设备的工程师们而言，你有什么建议？在他们开展这项研究的过程中，有哪些关键的测试或注意事项是他们需要考虑的？
DN：我很庆幸自己在这个行业待得够久，能够亲眼见证新一代年轻工程师们思维方式的演变或变化，我认为这是一件好事。与二、三十年前的我们相比，他们现在对应用先进技术的态度确实要开放得多，但一个老问题依然挥之不去——他们仍然倾向于用新材料直接“一对一”地替换旧材料而不改变整体设计，并且在安装复合材料部件时，仍然沿用金属材料的那套设计标准和参数。所以，我的建议是，设备的设计师要与复合材料的工程师和设计师合作，确保同时拥有最优的材料选择和最优的设计，这才是充分利用复合材料优势的最佳途径。
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