پلاستیک‌های مهندسی در صنعت هوانوردی

پلاستیک‌های مهندسی و صنعت هوانوردی

اولویت استفاده از پلاستیک‌های مهندسی در کاربردهای خاص، آنها را به عنصر اساسی در ساخت قطعات حساس در صنعت هوانوردی تبدیل کرده و راه‌ حل‌های سفارشی برای قطعات هواپیما با استحکام استثنایی، مقاومت در برابر حرارت و قابلیت اطمینان طولانی‌ مدت را نیز فراهم می‌کند.

روندها و مزایای کلیدی استفاده از پلاستیک‌های مهندسی در هوانوردی

با بهره ‌گیری از پلاستیک‌های مهندسی، تولید کنندگان هوافضا ایمنی، کارایی و انعطاف‌ پذیری در طراحی را افزایش داده و در عین حال، تاثیرات زیست‌ محیطی را به حداقل می‌رسانند. به طور کلی، پلاستیک‌های مهندسی از مزایای منحصر به فردی برخوردار هستند که به طور خلاصه آنها را بیان می‌کنیم.

1. سبک وزن: پلاستیک‌های مخصوصی مانند پلی اتر اتر کتون (PEEK) و پلی فنیلن سولفید (PPS) جایگزین فلزات می‌شوند تا نه تنها وزن هواپیما را 20 تا 50 درصد کاهش دهند بلکه راندمان سوخت را نیز بهبود بخشند.

2. عملکرد در دمای بالا: موادی مانند PPS و پلی اتریمید (PEI) در برابر حرارت موتور و مواد شیمیایی خشن مقاومت بوده و قابلیت اطمینان را در سیستم‌های حیاتی تضمین می‌کنند.

3. پایداری: پلاستیک‌های قابل بازیافت (مانند پلی متیل متاکریلات (PMMA)) و کامپوزیت‌های زیست ‌پایه (مانند نایلون زیستی (bio-PA)) به طور فزاینده‌ای برای رعایت استانداردهای هوانوردی سازگار با محیط زیست مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تعریف پلاستیک‌های مهندسی

پلاستیک‌های مهندسی ترکیبی از استحکام مکانیکی، سبکی و مقرون ‌به‌ صرفه بودن هستند که آنها را برای قطعات غیر بحرانی اما از نظر ساختاری دشوار هواپیما مناسب می‌سازد.

1. پلی کربنات (PC): از کاربردهای پلی کربنات می‌توان شیشه‌های جلوی کابین خلبان، پنجره‌های کابین و پوشش‌های روشنایی هواپیما را نام برد. علت اصلی استفاده روزافزون از پلی کربنات در ساخت قطعات هوافضا شفافیت استثنایی (92 درصد عبور نور)، مقاومت در برابر ضربه و پایداری حرارتی تا 130 درجه سانتیگراد است. به عنوان مثال، شیشه‌های جلوی هواپیماهای تجاری ساخته شده از PC وضوح تصویر را افزایش داده و در عین حال، وزن آنها را در مقایسه با شیشه‌های سنتی ۵۰ درصد کاهش می‌دهند. شیشه جلوی منحنی ساخته شده از PC نیز با پوشش ضد انعکاس، ادغام یکپارچه آن با دماغه هواپیما را به نمایش می‌گذارد.

2. پلی متیل متاکریلات (PMMA): از پلی متیل متاکریلات در ساخت سایبان‌های کابین خلبان، پنجره‌های مسافران و پارتیشن‌های داخلی استفاده می‌شود زیرا شفافیت نوری بالا، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و پایداری ابعادی آن را به ماده‌ای مناسب برای ساخت این قطعات تبدیل کرده است. سایبان‌های کابین خلبان ساخته شده از PMMA در جت‌های جنگنده مانند F-35 امکان دید 360 درجه را فراهم کرده و در برابر نیروهای آیرودینامیکی با سرعت بالا نیز مقاومت می‌کنند. همچنین سایبان ساخته شده از PMMA براق با لبه‌های تقویت ‌شده نشان دهنده ساختار منحنی و شفاف آن است.

3. نایلون (PA): از نایلون در ساخت بست‌ها، بست‌های کابلی و براکت‌های سبک به دلیل استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر سایش و پایداری شیمیایی استفاده می‌شود. بست‌های کابل نایلونی، سیم‌ کشی در سیستم‌های هوانوردی هواپیما را ایمن کرده و قابلیت اطمینان را در محیط‌های مستعد ارتعاش نیز تضمین می‌کنند. علاوه براین، دسته‌ای از بست‌های کابل نایلونی در محفظه برق هواپیما انعطاف‌ پذیری و دوام آنها را بهبود می‌بخشند.

پلاستیک‌های مهندسی ویژه کدامند؟

پلاستیک‌های مهندسی ویژه بایستی به طور بالقوه یا به گونه‌ای طراحی شوند که در شرایط سخت از جمله دماهای بالا، محیط‌های خورنده و نقش‌های ساختاری حیاتی عملکرد فوق ‌العاده‌ای داشته باشند. برخی از این پلاستیک‌های مهندسی ویژه عبارتند از:

1. پلی اتر اتر کتون (PEEK): از کاربردهای PEEK در هوانوردی می‌توان به یاتاقان‌های موتور، اجزای سیستم سوخت ‌رسانی و تقویت ‌کننده‌های کامپوزیتی اشاره کرد. مقاومت حرارتی استثنایی (تا ۲۶۰ درجه سانتیگراد)، بی‌ اثر بودن شیمیایی و نسبت استحکام به وزن تضمین کننده عملکرد بالای PEEK هستند. یاتاقان‌های ساخته شده از PEEK در موتورهای هواپیما اصطکاک و سایش را کاهش داده و فواصل تعمیر و نگهداری را نیز تا 30 درصد افزایش می‌دهند. همچنین یک بلبرینگ ساخته شده از PEEK هم با ماشینکاری دقیق و سطح صاف برای چرخش با سرعت بالا طراحی شده است.

2. پلی فنیلن سولفید (PPS): پلی فنیلن سولفید در طراحی و ساخت آنتن‌های رادار، حسگرهای موتور و پنل‌های داخلی مقاوم در برابر اشتعال استفاده می‌شود. پایداری حرارتی بالا (تا ۲۸۰ درجه سانتیگراد)، مقاوم در برابر شعله و شفافیت الکترومغناطیسی PPS گویای این امر است. گنبدهای راداری ساخته شده از PPS نیز در هواپیماهای تجاری از تجهیزات الکترونیکی حساس محافظت کرده و امکان انتقال سیگنال بدون مانع را فراهم می‌کنند. ازطرفی، یک گنبد راداری ساخته شده از PPS با ساختار لانه زنبوری نشان دهنده طراحی سبک اما مقاوم آن است.

3. پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE): پلی تترافلوئورواتیلن به دلیل ضریب اصطکاک پایین، مقاومت شیمیایی و پایداری دمایی در ساخت درزگیرها، واشرها و پوشش‌های نچسب برای لوله‌های سوخت کاربرد دارد. به عنوان مثال حلقه‌های پیستون پوشیده شده با PTFE در موتورهای هواپیما با به حداقل رساندن مقاومت مکانیکی، مصرف سوخت را کاهش می‌دهند. یا یک حلقه آب ‌بندی شده با PTFE با سطح شیاردار عملکرد ضد نشتی را تحت فشار بالا تضمین می‌کند.

4. پلی اتریمید (PEI): از پلی اتریمید به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر شعله و پایداری ابعادی در دماهای بالا در ساخت فضای داخلی کابین، براکت‌های سازه‌ای و اتصالات الکتریکی استفاده می‌شود. محفظه‌های بار کابین ساخته شده از PEI در بوئینگ ۷۸۷ دریم‌ لاینر، ۲۰ درصد سبک ‌تر از محفظه‌های فلزی سنتی هستند و همچنین استانداردهای ایمنی در برابر آتش ‌سوزی FAA را نیز برآورده می‌کنند. یا یک محفظه چمدان پوشش داده شده با PEI با دسته‌های یکپارچه و روکش براق بیانگر طراحی ارگونومیک آن است.

5. پلی ‌اکسی‌ متیلن (POM/پلی استال): پلی اکسن متیلن با تکیه بر خواص مکانیکی عالی و پایداری ابعادی به انتخاب برتر در ساخت قطعات مکانیکی در بخش هوافضا تبدیل شده است. ناگفته نماند که ضریب اصطکاک پایین، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت سایشی بالا از دیگر خواص چشمگیر پلی اکسی متیلن به شمار می‌روند.

6. پلی کربنات (PC): از مهم ترین خواص پلی کربنات می‌توان به وضوح نوری (88-92 درصد انتقال نور)، پایداری ابعادی، مقاومت به ضربه، مقاومت دمایی و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش اشاره کرد که استفاده از آن را در کاربردهایی که نیاز به شفافیت و دوام دارند همچون شیشه‌های کابین خلبان افزایش می‌دهد. تمامی قطعات هواپیما یا قطعات هوافضا حساس هستند و بایستی به دقت طراحی و تولید شوند. استفاده از پلی کربنات در ساخت شیشه کابین خلبان، به ویژه جت‌های جنگی، هم شفافیت دید خلبان را تا وضوح بالا فراهم می‌کند و هم ایمنی سرنشین را در برابر تغییرات دمایی و ضربات احتمالی نیز تضمین خواهد کرد.

به طور خلاصه، پلاستیک‌های مهندسی برای کاربردهای ویژه و دشوار در صنعت هوافضا طراحی شده اند تا با تکیه بر خواص منحصر به فرد خود نه تنها ایمنی و داوم قطعات نهایی را افزایش دهند، بلکه بتوانند علاوه بر تضمین توسعه سرمایه گذاری‌ها، راه را برای توسعه بیشتر هموار کنند.