پلاستیک‌های مورد استفاده در صنعت هوافضا

انواع پلاستیک‌های مورد استفاده در صنعت هوافضا

پلاستیک‌ها صنایع مختلف را متحول کرده‌اند و بخش هوافضا نیز از این قاعده مستثنی نیست. پلاستیک‌ها با خواص منحصر به فرد و کاربردهای متنوع خود، در طراحی و ساخت هواپیماهای مدرن نقش کلیدی ایفا می‌کنند. از قطعات سبک گرفته تا مواد مقاوم در برابر حرارت، پلاستیک‌ها نقش حیاتی در افزایش عملکرد، کاهش وزن و بهبود راندمان سوخت دارند.

باتوجه به این موضوع، باهم انواع مختلف پلاستیک‌های مورد استفاده در صنعت هوافضا، خواص آنها، کاربردهای رایج و همچنین تکنیک‌های تولید قطعات هوافضا را در اینجا بررسی می‌کنیم.

 

آشنایی با صنعت هوافضا

صنعت هوافضا یک حوزه پویا و همواره درحال تکامل است که شامل طراحی، توسعه، تولید و بهره ‌برداری از هواپیماها، فضاپیماها، ماهواره‌ها و فناوری‌های مرتبط می‌شود. این صنعت با فراهم کردن امکان اتصال جهانی، اکتشافات فضایی و پیشرفت‌های علمی نقش حیاتی در شکل دهی دنیای مدرن ما ایفا می‌کند.

 

تولید برای هوافضا

تولید هوافضا با الزامات منحصر به فرد خود مشخص می‌شود که به نیاز به قطعات سبک، بادوام و با کارایی بالا بستگی دارد. برخی از الزامات تخصصی عبارتند از:

مواد: تولیدکنندگان هوافضا با انواع مواد پیشرفته مانند آلیاژهای تیتانیوم، کامپوزیت‌های فیبر کربن و فلزات مقاوم در برابر دمای بالا کار می‌کنند تا بتوانند استحکام و عملکرد هواپیماها و فضاپیماها را تضمین کنند.

مهندسی دقیق: تولید هوافضا نیازمند مهندسی دقیق و تلرانس‌های دقیق برای اطمینان از دقت و قابلیت اطمینان قطعات پیچیده است.

استانداردهای ایمنی: تولیدکنندگان به استانداردها و مقررات سختگیرانه ایمنی پایبند هستند و اطمینان حاصل می‌کنند که قطعات و سیستم‌ها الزامات مربوط به یکپارچگی ساختاری، مقاومت در برابر شعله و ضربه را برآورده کرده یا از آنها فراتر می‌روند.

 

پلی کربنات (PC)

پلی کربنات (PC) یک پلیمر ترموپلاستیک است که به دلیل شفافیت استثنایی، مقاومت بالا در برابر ضربه و پایداری حرارتی شناخته شده است. این خواص، آن را به انتخابی محبوب در صنایع مختلف ازجمله صنعت هوافضا تبدیل کرده است. این ماده کاربردهای فراوانی در تولید تجهیزات هوافضا دارد.

1. پنجره‌های هواپیما: پلی کربنات به دلیل شفافیت استثنایی، مقاومت در برابر ضربه و سبکی به طور گسترده در ساخت پنجره‌های هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده، دید واضحی را برای مسافران و خدمه فراهم کرده و از آنها در برابر نیروهای خارجی محافظت می‌کند.

2. ابزار دقیق کابین خلبان: از پلی کربنات در پنل‌های ابزار و نمایشگرهای کابین خلبان استفاده می‌شود زیرا سطحی شفاف و بادوام برای اطلاعات و کنترل‌های حیاتی پرواز فراهم می‌کند.

3. تجهیزات ایمنی: پلی کربنات در تولید تجهیزات ایمنی مانند محافظ صورت، کلاه ایمنی و آفتابگیر به کار می‌رود تا محافظت قابل اعتمادی در برابر ضربه و دید کافی را برای خلبانان، خدمه پرواز و پرسنل زمینی تضمین کند.

4. قطعات روشنایی: به دلیل شفافیت و مقاومت در برابر دماهای بالا، از پلی کربنات در ساخت قطعات روشنایی همچون وسایل روشنایی داخلی و خارجی هواپیما استفاده می‌شود.

 

پلی اتر اتر کتون (PEEK)

پلی ‌اتر اتر کتون (PEEK) یک ترموپلاستیک با کارایی بالا است که به دلیل خواص مکانیکی خاص و مقاومت در برابر دماهای شدید و مواد شیمیایی شناخته شده است. ترکیب منحصر به فرد خواص آن، آن را به ماده‌ای بسیار مورد توجه در صنعت هوافضا تبدیل کرده است. PEEK در ساخت برخی قطعات هوافضا نقش مهمی برعهده دارد همچون:

1. قطعات موتور:  PEEKبه دلیل مقاومت در برابر دمای بالا و خواص مکانیکی عالی، معمولا در ساخت قطعات موتور مانند آب ‌بندها، بوش‌ها و واشرهای رانش استفاده می‌شود. این ماده در برابر شرایط سخت محیط موتور هوافضا مقاومت می‌کند.

2. اتصالات برق: از PEEK در تولید اتصالات و عایق‌های الکتریکی استفاده می‌شود و این عایق الکتریکی، مقاومت در برابر دمای بالا و سازگاری با طیف وسیعی از مواد شیمیایی را فراهم می‌کند.

3. اجزای سازه‌ای: PEEK کاربردهایی در اجزای سازه‌ای ازجمله براکت‌ها، گیره‌ها و بست‌ها دارد؛ جایی که استحکام بالا و خواص سبک آن به یکپارچگی کلی سازه و کاهش وزن سیستم‌های هوافضا کمک می‌کند.

4. کامپوزیت‌های هوافضا: PEEK می‌تواند به عنوان ماده ماتریس در کامپوزیت‌های هوافضا با عملکرد بالا مورد استفاده قرار گیرد و استحکام، سختی و پایداری حرارتی بیشتری را برای ساختار کامپوزیت فراهم کند.

 

پلی اتیلن (PE)

پلی اتیلن (PE) یک ترموپلاستیک همه کاره است که به دلیل مقاومت شیمیایی عالی، جذب رطوبت کم و خواص مکانیکی مطلوب معروف شده است. از کاربردهای پلی اتیلن در بخش هوافضا می‌توان به این موارد اشاره کرد:

1.عایق سیم و کابل: پلی اتیلن به طور گسترده به عنوان ماده عایق برای سیم و کابل در کاربردهای هوافضا استفاده می‌شود. خواص عالی عایق الکتریکی و مقاومت در برابر رطوبت، آن را برای محافظت از سیم کشی برق در برابر عوامل محیطی مناسب ساخته و عملکرد و ایمنی قابل اعتمادی را در سیستم‌های هواپیما تضمین می‌کند.

2. لوله کشی و پایپینگ: پلی اتیلن در هوافضا برای کاربردهای لوله کشی و تیوبینگ، به ویژه در سیستم‌های انتقال سیال و سوخت، کاربرد دارد. مقاومت شیمیایی و نفوذپذیری کم آن در برابر مایعات و گازها، آن را برای انتقال سیالات مختلف مانند سوخت، سیالات هیدرولیک و خنک کننده‌ها مناسب می‌سازد.

2. بسته بندی و محافظت: پلی اتیلن اغلب در هوافضا برای بسته بندی و محافظت استفاده می‌شود. این ماده به عنوان یک ماده ضربه ‌گیر به منظور محافظت از قطعات ظریف درحین حمل و نقل و جلوگیری از آسیب در اثر ضربه یا لرزش به کار می‌رود. خواص جذب ضربه پلی ‌اتیلن، آن را به انتخاب مناسبی برای بسته ‌بندی تجهیزات الکترونیکی حساس، ابزارها و سایر اجزای هوافضا تبدیل می‌کند.

 

پلی پروپیلن (PP)

پلی پروپیلن (PP) یک ترموپلاستیک همه کاره است که به دلیل خواص مقاوم در برابر مواد شیمیایی و چگالی کم شناخته شده است. از این ماده در ساخت برخی تجهیزات هوافضا استفاده می‌شود.

1. اجزای داخلی: پلی پروپیلن معمولا در ساخت اجزای داخلی در کاربردهای هوافضا نقش دارد. وزن کم، دوام و سهولت در ساخت آن را برای عناصر غیرسازه‌ای مانند پشتی صندلی، دسته صندلی، میزهای سینی و پنل‌های داخلی مناسب می‌کند. همچنین PP را می‌توان قالب گیری کرد یا به شکل‌های پیچیده درآورد. این ویژگی برای طراحان انعطاف پذیری در ایجاد فضای داخلی کابین و زیبایی ‌شناختی دلپذیری را فراهم می‌کند.

2. پوشش‌ها و محفظه‌های محافظ: از PP در تولید پوشش‌ها و محفظه‌های محافظ در کاربردهای هوافضا استفاده می‌شود. مقاومت در برابر ضربه و توانایی آن در تحمل شرایط سخت محیطی، آن را برای محافظت و پوشش تجهیزات و اجزای مختلف مناسب می‌سازد. پوشش‌ها و محفظه‌های PP علاوه بر سبک بودن، محافظت در برابر گرد و غبار، رطوبت و ضربه را تضمین می‌کنند.

3. بسته بندی و ذخیره سازی: از پلی پروپیلن اغلب در هوافضا برای بسته بندی و ذخیره سازی استفاده می‌شود. سبکی، مقاومت شیمیایی و دوام آن، آن را برای محافظت و حمل و نقل قطعات، ابزارها و تجهیزات حساس هوافضا مناسب می‌کند. بسته بندی PP به تضمین یکپارچگی و ایمنی اقلام درحین حمل و نقل و ذخیره سازی کمک می‌کند.

4. اجزای غیر سازه‌ای: پلی ‌پروپیلن گاهی اوقات در ساخت اجزای غیرسازه‌ای که نیازی به استحکام بالا یا مقاومت در برابر دمای شدید ندارند، استفاده می‌شود. این اجزا ممکن است شامل براکت‌های کوچک، گیره‌ها، بست‌ها و سایر قطعات غیرحساس باشند که در آنها PP سبکی، مقرون به صرفه بودن و سهولت پردازش را فراهم می‌کند.

 

کامپوزیت‌های ترموپلاستیک

کامپوزیت‌های ترموپلاستیک به دلیل نسبت استحکام به وزن عالی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت شیمیایی و دوام بالا، توجه و کاربرد قابل توجهی را در صنعت هوافضا به خود جلب کرده‌اند.

1. اجزای سازه کامپوزیت: کامپوزیت‌های ترموپلاستیک کاربرد گسترده‌ای در صنعت هوافضا برای اجزای سازه‌ای دارند و جایگزین سبکی برای سازه‌های فلزی سنتی به شمار می‌روند. این کامپوزیت‌ها معمولا از تقویت کننده‌های الیاف پیوسته مانند الیاف کربن یا الیاف شیشه، که در یک ماتریس ترموپلاستیک جاسازی شده‌اند، تشکیل می‌شوند. استفاده از الیاف در کامپوزیت موجب استحکام و سختی بالایی شده و ماتریس ترموپلاستیک نیز به مقاومت در برابر ضربه و تحمل آسیب کمک می‌کند. اجزای سازه‌ای ساخته شده از کامپوزیت‌های ترموپلاستیک شامل سازه‌های بال، بخش‌های بدنه، اجزای موتور و سطوح کنترلی هستند.

2. کاهش وزن و بهره ‌وری سوخت: ماهیت سبک کامپوزیت‌های ترموپلاستیک امکان کاهش وزن در سیستم‌های هوافضا را فراهم می‌کند که مستقیما به افزایش راندمان سوخت منجر می‌شود. با جایگزینی قطعات فلزی سنگین‌تر با کامپوزیت‌های ترموپلاستیک، هواپیماها می‌توانند به صرفه جویی قابل توجهی در وزن دست یابند که درنتیجه، منجر به کاهش مصرف سوخت، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود عملکرد کلی می‌شود.

3. انعطاف پذیری در طراحی پیشرفته: کامپوزیت‌های ترموپلاستیک دست طراحان را در انعطاف پذیری بیشتری در ایجاد اشکال و هندسه‌های پیچیده باز می‌گذارند. آنها را می‌توان به راحتی قالب گیری نموده و به پیکربندی‌های مختلف تبدیل کرد. با این کار امکان تولید سازه‌های ساده و آیرودینامیکی فراهم می‌شود. این انعطاف پذیری همچنین امکان طراحی‌های بهینه‌ای را فراهم می‌کند که نیروی پسا را به حداقل می‌رساند، راندمان آیرودینامیکی را افزایش می‌دهد و عملکرد کلی هواپیما را نیز بهبود می‌بخشد.

 

ناگفته نماند که کامپوزیت‌های ترموپلاستیک از خواص برتری برخوردار هستند که برخی از آنها مسیر پیشرفت آنها را در تولید تجهیزات هوافضا هموار کرده‌اند.

1. مقاومت در برابر مواد شیمیایی و عوامل محیطی

کامپوزیت‌های ترموپلاستیک مقاومت بسیار خوبی در برابر مواد شیمیایی، رطوبت و سایر عوامل محیطی از خود نشان می‌دهند. این مقاومت، آنها را برای کاربردهای هوافضا که در آنها قرار گرفتن درمعرض شرایط سخت مانند سوخت یا سیالات هیدرولیک رایج است، بسیار مناسب می‌کند. علاوه براین، مقاومت شیمیایی کامپوزیت‌های ترموپلاستیک به دوام و قابلیت اطمینان طولانی مدت آنها در محیط‌های دشوار هوافضا کمک می‌کند.

2. بازیافت و پایداری

کامپوزیت‌های ترموپلاستیک ازنظر قابلیت بازیافت و پایداری مزایایی دارند. برخلاف کامپوزیت‌های ترموست که بازیافت آنها دشوار است، کامپوزیت‌های ترموپلاستیک را می‌توان چندین بار بدون کاهش عملکرد، ذوب و دوباره فرآوری کرد. این ویژگی امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد کامپوزیت ترموپلاستیک را فراهم نموده و موجب کاهش ضایعات و افزایش پایداری در تولید هوافضا خواهد شد.

 

تکنیک‌های مورد استفاده برای تولید پلاستیک در هوافضا

برای ساخت قطعات پلاستیکی هواپیما و فضاپیما، از چندین تکنیک تخصصی استفاده می‌شود.

1. شکل دهی خلاء: شکل دهی خلاء یک تکنیک پرکاربرد در تولید پلاستیک برای قطعات هوافضا است. این روش شامل گرم کردن یک ورق پلاستیکی تا رسیدن به انعطاف ‌پذیری و سپس پوشاندن آن روی قالب است. با اعمال خلاء، پلاستیک محکم به سطح قالب کشیده شده و شکل مورد نظر ایجاد می‌شود. شکل دهی خلاء همچنین برای تولید قطعات بزرگ با حجم کم تا متوسط و با هندسه‌های ساده تا متوسط مناسب است. این روش معمولا برای ساخت قطعات داخلی مانند سینی‌های صندلی، پنل‌های کابین و پوشش‌های محافظ استفاده می‌شود.

2. شکل ‌دهی تحت فشار: شکل ‌دهی تحت فشار نوعی از شکل دهی تحت خلاء است که در آن از فشار مثبت هوا درطول فرایند شکل دهی استفاده می‌شود. ورق پلاستیکی گرم شده، روی قالب قرار گرفته و سپس با فشار در سطح قالب قرار داده می‌شود.

3. شکل دهی فشاری: از این تکنیک زمانی استفاده می‌شود که قطعات درمقایسه با شکل دهی خلاء استاندارد بوده و به جزئیات دقیق‌تر و سطح نهایی بهبود یافته نیاز دارند. شکل ‌دهی فشاری برای تولید قطعات پلاستیکی با کیفیت بالا، کوچک تا متوسط با هندسه‌های پیچیده مناسب است. این روش در تولید پوشش‌های آیرودینامیکی و سایر قطعات ساده کاربرد دارد.

4. شکل دهی دو ورقی: یک تکنیک ترموفرمینگ است که شامل شکل دهی همزمان دو ورق پلاستیکی می‌شود. هر ورق گرم شده و روی قالب‌های جداگانه قرار می‌گیرد و سپس برای ایجاد پیوند قوی بین دو ورق، به یکدیگر فشار داده می‌شوند. این تکنیک امکان ایجاد سازه‌های توخالی و دو جداره را با استحکام، سختی و خواص عایق بندی بهبود یافته فراهم می‌کند. شکل دهی ورقی معمولا برای ساخت قطعات هوافضا مانند محفظه‌های تجهیزات، محفظه‌های ذخیره سازی و کانال کشی استفاده می‌شود.

5. قالب گیری تزریقی: قالب گیری تزریقی یک تکنیک بسیار دقیق و کارآمد در تولید پلاستیک هوافضا است. در فرایند قالب گیری تزریقی، پلاستیک مذاب تحت فشار بالا به داخل حفره قالب تزریق می‌شود؛ پس از اینکه خنک و جامد شد، شکل قالب را به خود می‌گیرد. قالب گیری تزریقی امکان تولید قطعات پیچیده، با کیفیت بالا و سازگار با تلرانس‌های دقیق را فراهم می‌کند. این روش به طور گسترده برای ساخت قطعات هوافضا مانند قطعات سازه‌ای، براکت‌ها، کانکتورها و پنل‌های کنترل استفاده می‌شود.