پلاستیکهای با کارایی بالا در صنعت هواپیماسازی
ضرورت عملکرد سیستمها و قطعات هواپیما در شرایط متنوع چالشهای مهندسی منحصر به فرد و پیچیدهای را ایجاد میکند. ایمنی و قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار بوده و کاهش وزن و بهره وری فضا نیز از اولویتهای طراحی هواپیما برای هر قطعه هستند. رشد و پذیرش پلاستیکهای با کارایی بالا در طول دههها در تجهیزات هواپیما، توانایی آنها را در برآورده کردن این معیارها نشان میدهد.
مزایای کلیدی پلاستیکهای با کارایی بالا برای هواپیماها چیست؟
قطعات و سیستمهای هواپیما در معرض تقاضاهای فیزیکی بسیار متفاوتی و تغییرات در شرایط عملیاتی قرار دارند. پلی اتر اترکتون (PEEK)، تورلون PAI، Ultem PEI، Ryton R-4، PPS، Vespel PI و PCTFE از جمله پلاستیکهای با کارایی بالا هستند که نه تنها عملکرد طولانی مدت خود را صرف نظر از محیط کاربرد یا عملیات نشان دادهاند بلکه مطابق با الزامات جهانی صنعت هوانوردی در زمینه تولید شعله، دود و سمیّت نیز تأیید شدهاند. Ultem® یک ترموپلاستیک رزین پلی اتریمید است که به عنوان یک ماده مهندسی همه کاره با ویژگیهای عالی شناخته میشود. Ultem® دارای مقاومت ابعادی، مقاومت در برابر التهاب، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، تنش و ترک خوردگی است. این ماده همچنین استحکام بالا و خواص دی الکتریک مناسب برای رسانش حرارتی پایین را دارد. Ultem® معمولا در سیستمهای تهویه، قفلها، لولاها، دستگیرههای در، ظروف سینی غذا و تجهیزات آشپزخانه یافت میشود. در ادامه خلاصهای از مزایای کلیدی عملکرد این پلاستیکهای هواپیما آمده است.
1. نسبت استحکام به وزن بالا که امکان جایگزینی فلز را فراهم میکند
ترکیب وزن سبک و استحکام، که استحکام ویژه نیز نامیده میشود، راه حلهای قابل اعتمادی را ارائه میدهد. این پلیمرها در مقایسه با فلزات، جرم فیزیکی کمتری دارند.
2. پایداری سازهای بالا، مقاومت فشاری و مقاومت خزشی
تورلون PAI از استحکام و سختی بالاتری در دمای 205 درجه سانتیگراد (400 درجه فارنهایت) نسبت به اکثر پلاستیکهای مهندسی در دمای اتاق برخوردار است. همچنین گریدهایی با تقویت کننده الیاف شیشه یا کربن استحکام ذاتی بالای تورلون PAI، PEEK و Ultem PEI و سایر پلیمرهای پیشرفته را افزایش میدهند.
3. حفظ استحکام سازه در دماهای بسیار بالا
تورلون PAI در دماهای نزدیک به دمای انتقال شیشه (Tg) یعنی ۲۷۵ درجه سانتیگراد (معادل 527 درجه فارنهایت) استحکام بالای خود را حفظ میکند؛ این دما همچنین بالاترین مقدار در بین ترموپلاستیکهای قابل فرآیند ذوبی است.
4. مقاومت در برابر خستگی تحت تنشهای ارتعاشی مکرر بالا
PEEK، Vespel PI و تورلون PAI مواد سبک وزن با مقاومت خستگی عالی هستند و برای کاربردهایی که در معرض تنشهای مکانیکی بالای مکرر قرار دارند مناسب هستند.
5. استحکام ضربه و چقرمگی در دماهای برودتی
گریدهای PEEK و PCTFE سرمایشی به عنوان گزینههای مواد برای آب بندی در سیستمهای LH2، LNG و سایر سیستمهای گاز مایع عملکرد خوبی دارند. همچنین تورلون PAI و Vespel PI نیز دوام و استحکام ذاتی بالای خود را در دماهای پایین تا سطوح برودتی حفظ میکنند.
6. خواص یاتاقان و سایش که سایش اصطکاکی را به حداقل میرساند
به عنوان پلیمر، تورلون PAI، PEEK و Vespel PI به طور ذاتی در برابر سایش و اصطکاک مقاوم هستند. استفاده از این پلیمرها در یاتاقانها و گریدهای ویژه سایش، سطح مقاومت سایشی آنها را برای قطعات هوافضا تحت بارهای دینامیکی شدید افزایش میدهد.
7. مقاومت در برابر مایعات شیمیایی، سوختها و روان کنندهها
پلاستیکهای با کارایی بالا در برابر خوردگی و تخریب ناشی از بسیاری از مواد شیمیایی مختلف که در کاربردهای هوافضا با آنها مواجه میشوند، مقاومت میکنند. PEEK، PPS و Ryton R-4 به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و تخریب در طیف وسیعی از مواد شیمیایی بسیار پرکاربرد هستند.
8. عایق و ایزولاسیون حرارتی و الکتریکی
پلیمرهای خالص یا پرنشده در مقایسه با فلز، رسانش حرارتی بسیار کمتری دارند. آنها همچنین سیستمها و اجزا را عایق بندی و ایزوله میکنند تا از آسیب ناشی از تخلیه الکتریکی به طور مؤثرتری جلوگیری شود. گریدهای حاوی روان کنندههای پودر کربن یا الیاف کربن، در مقایسه با گریدهای بدون پرکننده، دارای سطح بالاتری از رسانش هستند که میتواند در کاربردهای خاص مفید باشد.
کاربرد پلاستیکهای گرید هوافضا
خواص منحصر به فرد و وزن سبک پلاستیکهای با کارایی بالا از جمله پلی اتر اترکتون (PEEK)، تورلون PAI، Ultem PEI، Ryton R-4، PPS، Vespel PI و PCTFE کاربرد آنها در ساخت اجزای تقریبا تمام سیستمهای عامل هواپیما را تضمین کده است.
1. سیستمها و عملگرهای مکانیکی: برای ساخت بوشها، یاتاقانها و چرخ دندهها معمولا از Vespel PI، تورلون PAI و PEEK استفاده میشود. در ساخت چرخ دندههای سکتوری قالب گیری تزریقی شده از تورلون 4203 استفاده میشود که عملکرد بی عیب و نقص پرههای راهنمای ورودی در توربینهای هواپیما را تضمین میکند.
2. سیستمهای هیدرولیک: PEEK، PPS و Ryton R-4 با مقاومت بسیار بالای خود به طور معمول برای آب بندهای داخلی و سایر اجزا کاربرد دارند. همچنین تورلون PAI و PEEK تقویت نشده استحکام بالا و کمترین رسانش حرارتی را برای عایقهای حرارتی و براکتهای خطوط سیال ارائه میدهند.
3. تجهیزات الکتریکی و سیستمهای پشتیبانی هواپیما: عایقهای الکتریکی ساخته شده از گریدهای تقویت شده با الیاف شیشه مانند تورلون 5030، PEEK و Ryton R-4 دارای خواص سد الکتریکی و استحکام بالایی هستند. بلوکهای قالب گیری تزریقی یا ماشینکاری شده از Ultem 2300 تقویت شده با شیشه، پایداری ابعاد را حفظ کرده و خواص الکتریکی مورد نیاز برای قابلیت اطمینان در ژنراتورهای نصب شده را نیز دارند. تورلون PAI و PEEK از استحکام بالا، مقاومت در برابر ضربه و عایق حرارتی برخوردار هستند. انواع تقویت شده با الیاف کربن یا شیشه، در صورت نیاز، خواص ساختاری بالاتری را برای اجزای بدنه تضمین میکنند. پیچها و بستهای ساخته شده از تورلون 4203 در مقایسه با بستهای فلزی، استحکام بالا، شفافیت بیشتر وزن سبکتری دارند.
4. سیستم محرکه و اجزای موتور: در دمای ۲۷۵ درجه سانتیگراد (معادل 527 درجه فارنهایت)، تورلون PAI دارای بالاترین دمای انتقال شیشه (Tg) در بین ترموپلاستیکها است. استحکام در دماهای بسیار بالا و مقاومت شیمیایی از مهم ترین ویژگیهای آن در سیستمهای پیشران هواپیما هستند. همچنین اتصالات سوخت و هوا که از تورلون 4203 ماشینکاری شدهاند، برد پرواز جتهای نظامی را افزایش میدهند. بوشهای درب مسدود کننده ساخته شده از تورلون 4301 نیز یکپارچگی ساختاری خود را تحت بارهای زیاد تا دمای ۵۰۰ درجه فارنهایت حفظ کرده و بدون نیاز به روانکاری در برابر سایش مقاومت میکند. علاوه براین، PEEK تقویت شده با 30 درصد الیاف شیشه، مقاومت در برابر دمای بالا و خواص ایزولاسیون الکتریکی را در کانکتورهای باتری مورد استفاده در سیستمهای پیشران فراهم میکند.
5. فضای داخلی کابین و سیستمها: تورلون PAI و PEEK استحکام و خواص تحمل و سایش مورد نیاز برای اجزای مکانیکی مانند لولا و غلتک را تضمین میکنند. همچنین PEEK و Ultem PEI نیز خواص عایق حرارتی، الکتریکی و استحکام ساختاری برای براکتها و سایر اجزای نصب برای سیستمهای تهویه مطبوع، برق و انتقال سیالات را فراهم میکنند. علاوه براین، Ultem PEI ترکیبی از استحکام، چقرمگی و خواص الکتریکی برای کانکتورها، محفظههای واحد خدمات مسافری و پنلهای ابزار عرشه پرواز است و میتواند با توجه به نیازهای زیبایی شناسی، از نظر رنگ نیز مطابقت داشته باشد.
