Hvilke plastmaterialer som kan brukes som romfartsdeler

Egenskapene til plast gjør det egnet for romfartsapplikasjoner, og det er grunnen til at bruken av plastdeler i luftfartsdesign er firedoblet de siste 45 årene.

Plast er mye lettere enn metaller, noe som gjør dem egnet for mer dynamisk design og lettere flydeler, og gir betydelige drivstoffbesparelser. Fordelen i vekt-til-styrke-forholdet betyr at plasten veier bare en syvendedel av metallet, eller halvparten av aluminiumet, for å oppnå samme styrke. Plast gir også korrosjonsbestandighet for applikasjoner i tøffe miljøer, så vel som relativt høy termisk og mekanisk stabilitet.

Sammenlignet med glass har gjennomsiktig plast flere fordeler i luftfartsfremstillingsapplikasjoner. Gjennomsiktige plastdeler er lettere i vekt og tilbyr høyere slagfasthet enn glass, som er en viktig sikkerhetsfaktor for fly. Gjennomsiktig plast kan dannes på flere måter og gjøres til solide, transparente og komplekse deler.

I mange flyapplikasjoner kreves høy overflatesmøring for lagre og sjakter, men noen ganger er det vanskelig å smøre på grunn av beliggenheten. Den nye selvsmørende plastteknologien løser dette problemet i mange tilfeller og oppnår lang levetid uten minimalt vedlikehold.

Som en svært effektiv elektrisk isolator er plast det viktigste valget for romfartsapplikasjoner. Mange plast har denne naturlige isolasjonsevnen og tilbyr dermed et stort utvalg av materialer, selv om noen plast gir nær ledningsevne. I militære applikasjoner er plast et effektivt isolerende materiale for radarer for å forhindre deteksjon.

I tillegg tilbyr plast stor fleksibilitet i design. I dag har ingeniører et bredt spekter av termoplast og kompositter med høy ytelse å velge mellom for å imøtekomme de høye kravene til enhver applikasjon.

Til slutt er produksjonen av plastdeler generelt økonomisk, og nøkkelen er å velge den beste metoden for de fleste prosjekter fra en lang rekke produksjonsmetoder.

Evolusjon av luftfartsplastdeler

Historisk har flyindustrien og plastindustrien tatt veldig nær - alt under andre verdenskrig.

Fremveksten av krig har fremskyndet utviklingen av fly som brukes i kamp. I 1940 økte USAs president Roosevelt den årlige produksjonen av militære fly fra 10.000 til 50.000 for å støtte krigen. Samtidig har mangelen på sentrale industrielle materialer som metaller og gummi under krigstid raskt fremmet bruken av plast i industrien, inkludert luftfartindustrien.

Ingeniører i luftfartsindustrien brukte opprinnelig vinyl til å erstatte gummideler, spesielt på innsiden av drivstofftanker og pilotstøvler. Plasten brukes deretter til å lage en radome som dekker radarenheten. Siden de elektromagnetiske bølgene er nesten gjennomsiktige, tas plasten raskt i bruk for å maksimere transmisjonen.

Da ingeniører oppdaget nye måter å dra nytte av egenskapene til plast, ble vellykkede kjedereaksjoner utløst. På 1960- og 1970-tallet åpnet utviklingen av høyytelsesplast en ny dør. I dag brukes luftfartsdeler av plast i FAA-godkjente delemarkedet, det raskeste og mest kostnadseffektive materialet for å hjelpe produsenter av romfartøyer å få delene de trenger. Plastdeler finnes i romfartsapplikasjoner, fra flykroppkomponenter til gjennomføringer, lagre, braketter og mer.

Mange plastdeler i romfartsapplikasjoner er maskinert i stedet for formet eller ekstrudert. Maskinering er det beste valget når antall deler som må skiftes ut er begrenset, på grunn av den meget høye ytelsen og presisjonen som kan oppnås, så vel som de svært stramme toleransene som kreves for luftfartens design.

I tillegg er maskinering vanligvis mye billigere. Med mindre du skal produsere et stort antall deler, vil kostnadene for å åpne formen være ganske uøkonomiske. Kostnaden for et sprøytestøpeverktøy kan være så høyt som $ 30 000. Hvis du trenger tusenvis av deler, er kostnadene for muggåpning akseptable, men luftfartsindustrien trenger vanligvis bare hundre eller mindre om gangen.

Åpenbart må erstatningsdelene være laget av samme plast. For ikke lenge siden leverte fly- og romfartsprodusenter prøver av originale deler til plastleverandører for reproduksjon. Nå lar de plastingeniører få FAA-godkjente prøver direkte fra CAD-design.

Flyplast

Med så mange høyytelsesplaster å velge mellom, kan ingeniører velge det beste materialet for enhver gitt applikasjon. Følgende er noen av plastene som vanligvis brukes i romfartsindustrien.

Delrin (POM) - Dette materialet reduserer gapet mellom metall og vanlig plast, og kombinerer krypbestandighet, styrke, stivhet, hardhet, dimensjonsstabilitet og seighet. Det er løsemiddelresistent, drivstoffresistent, slitesterkt, lite slitasje og lav friksjon. Dets grunnleggende mekaniske overflateegenskaper gjør at lageret tåler moderat slitasje.

Ultem Polyetherimide - Dette er et amorft termoplastisk polyeterimid (PEI) materiale som kombinerer mekaniske, termiske og elektriske egenskaper. Mekanisk styrke, varmebestandighet, korrosjonsbestandighet og andre egenskaper, samt enkel behandling og overflatebehandling, kan brukes i mange romfartsapplikasjoner.

Polykarbonat - Dette er en holdbar plast med høy ytelse som er enkel å behandle, gir utmerket varmebestandighet og er det foretrukne valget for optiske komponenter på grunn av dens transparens. Det er et høyfast materiale med 25 ganger slagstyrken til akryl.

Polyetheretherketone (PEEK) - en polymer som kombinerer styrke, stivhet og hardhet og er ideell for applikasjoner som inkluderer høye temperaturer, høy luftfuktighet og tung belastning. Polyetereterketon inneholder slitasje, kjemisk og fuktighetsresistens samt styrke og stivhet. Den viser også god friksjon og slitestyrke. Det gir hydrolysemotstand og kan utsettes for vann og damp under høyt trykk i lengre perioder uten alvorlig nedbrytning. På grunn av sin høye temperaturbestandighet er polyeteretherketon et ideelt valg når behandlingstemperaturen overskrider grensene som vanlig plast tåler.

Torlon - Denne plasten tåler veldig høye temperaturer. I tillegg tilbyr Torlon enestående styrke, seighet og stivhet, samt holdbarhet og slagfasthet. Dens varmebestandighet og trykkmotstand, kombinert med selvsmørende egenskaper, gjør den ideell for lagre.

Nylon - et kjernemateriale hovedsakelig på grunn av sin seighet og styrke. Den er motstandsdyktig mot slitasje og har god slitestyrke. Det er også enkelt å behandle, lett og kostnadseffektivt. På grunn av sin utmerkede slitestyrke, er det ofte en erstatning for deler laget av metall, gummi og andre materialer.

Ultrahøy molekylvekt (UHMW) - Når ingeniører ønsker å forbedre utstyrets effektivitet og forbedre deres slitestyrke og støyreduserende ytelse, vil de velge polyetylen med høy molekylvekt for å lage plastdeler. UHMW tilbyr også utmerket ytelse inkludert temperatur, slagfasthet og slitestyrke. Den har en lavere friksjonskoeffisient enn stål eller aluminium.

Teflon - Dette er et fluorkarbon som er godt egnet for bruk i høye temperaturer og kjemiske miljøer der høy renhet og inertitet er nødvendig. Den opprettholder ytelsen over et bredt spekter av temperaturer og belastninger, og blir ofte brukt i luftfartsindustrien for tetting og kjemisk resistens.

Polysulfone - Dette materialet har høy termisk stabilitet og de ferdige delene er stabile og motstandsdyktige mot kryp og deformasjon under kontinuerlig belastning og høye temperaturer. Den har en høy strekkfasthet, og når temperaturen øker, forblir bøyemodulen høy. Polysulfone er meget motstandsdyktig mot vandige mineralsyrer og oksidasjonsmidler og er motstandsdyktig mot mange ikke-polare løsningsmidler selv ved forhøyede temperaturer og moderat trykknivå.

Med utviklingen av luftfartsindustrien har plast og bruksområder også utviklet seg. På grunn av den unike kombinasjonen av plast og kontinuerlig utvikling av nye plastmaterialer, har vi grunn til å tro at plast vil fortsette å spille en nøkkelrolle i innovasjonen innen romfartsindustrien.