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【热点聚焦】盘点航空航天领域的6种聚合物技术发展趋势,热塑性复合材料成为趋势之一

1、采用高强度热塑性复合材料,减轻重量,提高燃油效率。

对高强度和高刚度有着迫切需求的航空航天结构,传统上由金属或热固性复合材料制成。然而,这些材料有一些明显的局限性。金属很重,限制了它们在需要轻质的航空航天应用中的使用。热固性复合材料往往很脆,而且通常耐化学性较差。热固性制造是劳动密集型,大多数热固性复合材料不适用于100°C以上的温度。

Ensinger开发的一种新型热塑性复合材料的强度和模量(刚度)与金属和热固性材料相当。该技术涉及使用连续玻璃纤维或碳纤维对聚醚醚酮(PEEK)或Ultem-PEI(聚醚酰亚胺)等热塑性聚合物基体进行增强。基体由高性能、热稳定的热塑性塑料制成,因此这些复合材料可在高温下使用。

由碳纤维增强热塑性复合材料制成的结构支撑支架。

热塑性复合材料具有许多与热塑性塑料相关的优点,包括延展性、耐疲劳性和减振特性,以及耐燃料、润滑剂和清洁化学品。由这些材料制成的板材可以使用加热的金属工具快速成型为成品零件,从而降低制造成本。

2、使用与飞机内部消毒剂相容的抗菌塑料。

由于新冠病毒的流行,飞机内部表面正在以可以快速降解传统塑料材料的方式进行清洁和消毒。最初开发用于医院的新型抗菌和抗消毒塑料现在正被指定用于飞机内饰。这些材料的配方符合商用飞机所需的严格火焰、烟雾、毒性和热释放标准。

抗菌飞机座椅靠背由 KYDEX 热塑性塑料制成,可抵抗污渍和清洁化学品。它们还满足商用飞机内饰所需的严格易燃性、烟雾和毒性标准。

3、为高性能通信天线罩选择不干扰射频(RF)信号的塑料。

依靠射频信号控制飞行操作的无人驾驶飞行器 (UAV)和卫星的激增增加了对高可靠性天线的需求。最佳天线功能需要塑料天线罩,该天线罩不会在所需频率和整个设备工作温度范围内显著衰减射频信号。具有低介电常数和低损耗因子以及增强韧性、抗紫外线(UV)和热成型性的专用工程塑料正越来越广泛地用作保护天线罩。

4、选择耐用的高温塑料分离金属表面,以提高可靠性。

当配合的金属表面受到振动和滑动磨损时,由于固有问题,金属对金属连接通常是飞机组件中的故障点。越来越多的设计师正在采用韧性高性能聚酰亚胺材料,用于花键联轴器和用于分离金属零件的锁紧固件的防旋转元件等应用。将聚合物元件引入组件可延长使用寿命并延长所需维护周期之间的时间。

对于通过连接的旋转金属轴向各种飞机系统传输动力的花键连接,由杜邦Vespel聚酰亚胺制成的高温联轴器安装在配对金属花键之间,以实现更平稳的操作和更长的使用寿命。当旋转金属轴稍微错位时,该方法可减少花键磨损。聚合物的延展性允许轴未对准,而不会对金属轴、轴承或驱动电机产生过度应力。

由杜邦 Vespel SP-1 聚酰亚胺制成的花键联轴器大大减少了花键磨损,延长了该飞机动力传输组件的部件寿命

在航空航天锁定紧固件中,杜邦Vespel聚酰亚胺用作螺母或螺栓中的延性锁定元件,以防止不必要的旋转,而不会在组装或拆卸维护期间损坏配套金属紧固件。该聚合物元件可防止与所有金属锁定紧固件设计相关的磨损。对于这两个例子,聚合物的延展性和耐磨性缓解了与金属对金属接触相关的问题。

5、选择低可燃性、高介电强度的塑料进行电气绝缘。

长期以来,塑料一直是需要电气绝缘性能应用的首选材料。现代军用和民用飞机的电气系统可能特别具有挑战性,因为聚合物绝缘体除了具有良好的介电强度和抗电弧性能外,还必须耐飞机燃料和润滑剂,承受振动、磨损和疲劳;并具有优异的燃烧性能。飞机上的塑料绝缘体可能还必须在很宽的温度范围内工作——从巡航高度的极冷到喷气发动机附近的极热。

飞机电气系统设计师目前正在采用氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)和全氟烷氧基烷烃(PFA)以及高性能热塑性塑料,包括PEEK、Ultem-PEI和杜邦Vespel,用于要求苛刻的航空航天电气应用比如防区外绝缘体,收缩管和柔性电线包裹绝缘层。

6、采用创新聚合物制造高档飞机内饰。

商用飞机正变得越来越高档,其内部设计可与豪华酒店大厅媲美。传统上,印刷图形对于飞机内部来说是有问题的,因为高交通流量区域暴露于磨损和反复清洁中,这会很快降低印刷质量。较新的技术,如KYDEX热塑性塑料注入成像,允许设计师使用材料中而非材料上的图像创建定制环境。

用于管理和传输商用飞机灯光的塑料透镜材料也取得了重大进展。新的聚合物配方允许高透光率、出色的扩散和LED灯的精确颜色控制。使用高性能塑料的灯光管理对飞机内部空间的美学产生了积极影响。

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