Hvilke plastmaterialer der kan bruges som rumfartsdele

Egenskaberne ved plast gør det velegnet til rumfartsanvendelser, hvorfor brug af plastdele til rumfartsdesign er firedoblet i løbet af de sidste 45 år.

Plast er meget lettere end metaller, hvilket gør dem velegnede til mere dynamisk design og lettere flydele og giver betydelige brændstofbesparelser. Fordelen ved forholdet mellem vægt og styrke betyder, at plasten vejer kun en syvendedel af metallet eller halvdelen af aluminiumet for at opnå den samme styrke. Plast giver også korrosionsbestandighed til applikationer i barske miljøer samt relativt høj termisk og mekanisk stabilitet.

Sammenlignet med glas har gennemsigtig plast flere fordele inden for rumfartsproduktion. Gennemsigtige plastdele er lettere i vægt og tilbyder højere slagfasthed end glas, hvilket er en vigtig sikkerhedsfaktor for fly. Gennemsigtig plast kan dannes på flere måder og gøres til robuste, gennemsigtige og komplekse dele.

I mange flyapplikationer kræves høj overfladesmørhed til lejer og skaft, men nogle gange er det vanskeligt at smøre på grund af dets placering. Den nye selvsmørende plastteknologi løser dette problem i mange tilfælde og opnår en lang levetid uden minimal vedligeholdelse.

Som en meget effektiv elektrisk isolator er plast det største valg til rumfartsapplikationer. Mange plastmaterialer har denne naturlige isoleringsevne og tilbyder således et stort udvalg af materialer, selvom nogle plastmaterialer giver næsten nul ledningsevne. I militære applikationer er plast et effektivt isoleringsmateriale til radarer for at forhindre detektion.

Desuden tilbyder plast stor fleksibilitet i design. I dag har ingeniører en bred vifte af højtydende termoplast og kompositter at vælge imellem for at imødekomme de høje krav til enhver anvendelse.

Endelig er fremstillingen af plastdele generelt økonomisk, og nøglen er at vælge den bedste metode til de fleste projekter fra en lang række fremstillingsmetoder.

Evolution af luftfartsplastdele

Historisk set har luftfartsindustrien og plastindustrien taget meget tæt - alt sammen under 2. verdenskrig.

Fremkomsten af krig har fremskyndet udviklingen af fly, der bruges i kamp. I 1940 øgede den amerikanske præsident Roosevelt den årlige produktion af militære fly fra 10.000 til 50.000 til støtte for krigen. På samme tid har manglen på nøgleindustrielle materialer, såsom metaller og gummi i krigstid, hurtigt fremmet brugen af plast i fremstillingen, herunder rumfartsfremstilling.

Ingeniører i luftfartsindustrien brugte oprindeligt vinyl til at erstatte gummidele, især på indersiden af brændstoftanke og pilotstøvler. Plasten bruges derefter til at fremstille en radome, der dækker radarenheden. Da de elektromagnetiske bølger er næsten gennemsigtige, tages plasten hurtigt i brug for at maksimere transmissionen.

Da ingeniører opdagede nye måder at drage fordel af egenskaber ved plast, blev vellykkede kædereaktioner udløst. I 1960'erne og 1970'erne åbnede udviklingen af højtydende plastik en ny dør. I dag bruges rumfartsdele af plast i vid udstrækning på det FAA-godkendte dele marked, det hurtigste og mest omkostningseffektive materiale til at hjælpe luftfartsproducenter med at få de dele, de har brug for. Plastdele findes i rumfartsapplikationer, fra skroget komponenter til bøsninger, lejer, konsoller og mere.

Mange plastdele til rumfartsanvendelser er bearbejdet i stedet for formet eller ekstruderet. Bearbejdning er det bedste valg, når antallet af dele, der skal udskiftes, er begrænset på grund af den meget høje ydeevne og præcision, der kan opnås, samt de meget stramme tolerancer, der kræves til rumfartsdesign.

Derudover er bearbejdning normalt meget billigere. Medmindre du vil producere et stort antal dele, vil omkostningerne ved åbning af formen være ganske uøkonomiske. Omkostningerne ved et sprøjtestøbningsværktøj kan være så høje som $ 30.000. Hvis du har brug for tusinder af dele, er omkostningerne ved åbning af skimmel acceptabel, men luftfartsindustrien har normalt kun brug for hundrede eller mindre ad gangen.

Det er klart, at udskiftningsdelene skal være fremstillet af samme plast. For ikke længe siden leverede luftfartsfabrikanter prøver af originale dele til plastleverandører til reproduktion. Nu lader de plastikingeniører få FAA-godkendte prøver direkte fra CAD-design.

Luftfartsplast

Med så mange højtydende plastmateriale at vælge imellem, kan ingeniører vælge det bedste materiale til enhver given anvendelse. Følgende er nogle af de plast, der almindeligvis anvendes i luftfartsindustrien.

Delrin (POM) - Dette materiale reducerer mellemrummet mellem metal og almindelig plast, og kombinerer krybe modstand, styrke, stivhed, hårdhed, dimensionel stabilitet og sejhed. Den er opløsningsmiddelbestandig, brændstofbestandig, slidbestandig, lav slid og lav friktion. Dets grundlæggende mekaniske overfladeegenskaber gør det muligt for lejet at modstå moderat slid.

Ultem Polyetherimide - Dette er et amorft termoplastisk polyetherimid (PEI) materiale, der kombinerer mekaniske, termiske og elektriske egenskaber. Dens mekaniske styrke, varmebestandighed, korrosionsbestandighed og andre egenskaber, såvel som let behandling og overfladebehandling, kan bruges til mange rum- og rumfartsanvendelser.

Polycarbonat - Dette er en holdbar plast med høj ydeevne, der er let at behandle, giver fremragende varmemodstand og er det foretrukne valg for optiske komponenter på grund af dets gennemsigtighed. Det er et højstyrkemateriale med 25 gange slagstyrken for akryl.

Polyetheretherketone (PEEK) - en polymer, der kombinerer styrke, stivhed og hårdhed og er ideel til applikationer, der involverer høje temperaturer, høj luftfugtighed og tung belastning. Polyetheretherketone indeholder slid, kemisk og fugtbestandighed samt styrke og stivhed. Det viser også god friktion og slidstyrke. Det giver hydrolysemodstand og kan udsættes for højtryksvand og damp i længere perioder uden alvorlig nedbrydning. På grund af dens høje temperaturbestandighed er polyetheretherketon et ideelt valg, når behandlingstemperaturen overstiger de grænser, som konventionel plast kan modstå.

Torlon - Denne plast kan modstå meget høje temperaturer. Derudover tilbyder Torlon enestående styrke, sejhed og stivhed samt holdbarhed og slagfasthed. Dens varmebestandighed og trykmodstand kombineret med selvsmørende egenskaber gør det ideelt til lejer.

Nylon - et kernemateriale hovedsageligt på grund af dets sejhed og styrke. Det er modstandsdygtigt over for slid og har god slidstyrke. Det er også let at behandle, let og omkostningseffektivt. På grund af sin fremragende slidbestandighed er det ofte en erstatning for dele lavet af metal, gummi og andre materialer.

Materialer med ultrahøj molekylvægt (UHMW) - Når ingeniører ønsker at forbedre udstyrets effektivitet og forbedre deres slidstyrke og støjreducerende ydelse, vælger de polyethylen med høj molekylvægt til plastdele. UHMW tilbyder også fremragende ydelse inklusive temperatur, slagfasthed og slidstyrke. Det har en lavere friktionskoefficient end stål eller aluminium.

Teflon - Dette er et fluorcarbon, der er velegnet til brug i høje temperaturer og kemiske miljøer, hvor høj renhed og inertitet er påkrævet. Det opretholder sin ydeevne over en lang række temperaturer og belastninger og bruges almindeligvis inden for rumfartsindustrien til tætning og kemisk modstandsanvendelse.

Polysulfone - Dette materiale har høj termisk stabilitet, og de færdige dele er stabile og modstandsdygtige mod kryb og deformation under kontinuerlig belastning og høje temperaturer. Det har en høj trækstyrke, og når temperaturen stiger, forbliver bøjningsmodulet høj. Polysulfon er yderst modstandsdygtig over for vandige mineralsyrer og oxidationsmidler og er resistent over for mange ikke-polære opløsningsmidler, selv ved forhøjede temperaturer og moderat trykniveauer.

Med udviklingen af luftfartsindustrien er plast og deres anvendelser også udviklet. På grund af den unikke kombination af plast og den fortsatte udvikling af nye plastmaterialer, har vi grund til at tro, at plast fortsat vil spille en nøglerolle i luftfartsindustriens innovation.