Welke kunststoffen kunnen worden gebruikt als ruimtevaartonderdelen

De eigenschappen van kunststof maken het geschikt voor ruimtevaarttoepassingen, daarom is het gebruik van kunststof onderdelen in ruimtevaartontwerp de afgelopen 45 jaar verviervoudigd.

Kunststoffen zijn veel lichter dan metalen, waardoor ze geschikt zijn voor meer dynamische ontwerpen en lichtere vliegtuigonderdelen en aanzienlijke brandstofbesparingen opleveren. Het voordeel in gewicht-sterkte verhouding betekent dat om dezelfde sterkte te bereiken, de kunststof slechts een zevende deel van het metaal of de helft van het aluminium weegt. Kunststoffen bieden ook corrosieweerstand voor toepassingen in ruwe omgevingen, evenals een relatief hoge thermische en mechanische stabiliteit.

In vergelijking met glas hebben transparante kunststoffen verschillende voordelen bij toepassingen in de ruimtevaartindustrie. Transparante plastic onderdelen zijn lichter van gewicht en bieden een hogere slagvastheid dan glas, wat een belangrijke veiligheidsfactor is voor vliegtuigen. Transparante kunststoffen kunnen op verschillende manieren worden gevormd en worden omgezet in stevige, transparante en complexe onderdelen.

In veel vliegtuigtoepassingen is een hoge oppervlaktesmering nodig voor lagers en assen, maar soms is het moeilijk te smeren vanwege de locatie. De nieuwe zelfsmerende kunststoftechnologie lost dit probleem in veel gevallen op en zorgt voor een lange levensduur zonder minimaal onderhoud.

Als een zeer efficiënte elektrische isolator is plastic de nummer een keuze voor ruimtevaarttoepassingen. Veel kunststoffen hebben dit natuurlijke isolerende vermogen en bieden dus een grote selectie van materialen, hoewel sommige kunststoffen bijna nul geleidbaarheid bieden. In militaire toepassingen is plastic een effectief isolatiemateriaal voor radars om detectie te voorkomen.

Bovendien bieden kunststoffen een grote ontwerpflexibiliteit. Tegenwoordig hebben ingenieurs een breed scala aan hoogwaardige thermoplasten en composieten om uit te kiezen om aan de hoge eisen van elke toepassing te voldoen.

Ten slotte is de productie van plastic onderdelen over het algemeen economisch, en de sleutel is om de beste methode voor de meeste projecten te kiezen uit een breed scala aan productiemethoden.

Evolutie van luchtvaart plastic onderdelen

Historisch gezien zijn de lucht- en ruimtevaartindustrie en de kunststofindustrie heel dichtbij gekomen - allemaal in de Tweede Wereldoorlog.

De opkomst van oorlog heeft de ontwikkeling van vliegtuigen die in de strijd worden gebruikt, versneld. In 1940 verhoogde de Amerikaanse president Roosevelt de jaarlijkse productie van militaire vliegtuigen van 10.000 naar 50.000 om de oorlog te ondersteunen. Tegelijkertijd heeft het tekort aan belangrijke industriële materialen zoals metalen en rubber tijdens de oorlog het gebruik van kunststoffen in de productie, inclusief de ruimtevaartindustrie, snel bevorderd.

Ingenieurs in de ruimtevaartindustrie gebruikten aanvankelijk vinyl om rubberen onderdelen te vervangen, vooral aan de binnenkant van brandstoftanks en pilootlaarzen. Het plastic wordt vervolgens gebruikt om een radome te maken die het radarapparaat bedekt. Omdat de elektromagnetische golven bijna transparant zijn, wordt het plastic snel in gebruik genomen om de transmissie te maximaliseren.

Toen ingenieurs nieuwe manieren ontdekten om te profiteren van de eigenschappen van kunststoffen, werden succesvolle kettingreacties geactiveerd. In de jaren zestig en zeventig opende de ontwikkeling van hoogwaardige kunststoffen een nieuwe deur. Tegenwoordig worden plastic onderdelen voor lucht- en ruimtevaart veel gebruikt in de FAA-goedgekeurde onderdelenmarkt, het snelste en meest kosteneffectieve materiaal om fabrikanten in de ruimtevaart te helpen de benodigde onderdelen te krijgen. Plastic onderdelen zijn te vinden in ruimtevaarttoepassingen, van rompcomponenten tot bussen, lagers, beugels en meer.

Veel plastic onderdelen in ruimtevaarttoepassingen worden machinaal bewerkt in plaats van gevormd of geëxtrudeerd. Bewerking is de beste keuze wanneer het aantal te vervangen onderdelen beperkt is, vanwege de zeer hoge prestaties en precisie die kan worden bereikt, evenals de zeer nauwe toleranties die vereist zijn voor ruimtevaartontwerpen.

Bovendien is verspanen meestal veel goedkoper. Tenzij u een groot aantal onderdelen gaat produceren, zijn de kosten voor het openen van de mal vrij oneconomisch. De kosten van een spuitgietgereedschap kunnen oplopen tot $ 30.000. Als u duizenden onderdelen nodig hebt, zijn de kosten voor het openen van schimmels acceptabel, maar de luchtvaartindustrie heeft meestal slechts honderd of minder per keer nodig.

Uiteraard moeten de vervangende onderdelen van hetzelfde plastic zijn gemaakt. Nog niet zo lang geleden verstrekten ruimtevaartfabrikanten monsters van originele onderdelen aan kunststofleveranciers voor reproductie. Nu laten ze plastic ingenieurs FAA-goedgekeurde monsters rechtstreeks van CAD-ontwerp krijgen.

Luchtvaart plastic

Met zoveel hoogwaardige kunststoffen om uit te kiezen, kunnen ingenieurs het beste materiaal kiezen voor een bepaalde toepassing. Hieronder volgen enkele van de kunststoffen die gewoonlijk in de ruimtevaartindustrie worden gebruikt.

Delrin (POM) - Dit materiaal verkleint de kloof tussen metaal en gewone kunststoffen en combineert kruipweerstand, sterkte, stijfheid, hardheid, vormvastheid en taaiheid. Het is bestand tegen oplosmiddelen, brandstof, slijtvast, weinig slijtage en lage wrijving. Door de mechanische basisoppervlakte-eigenschappen is het lager bestand tegen matige slijtage.

Ultem Polyetherimide - Dit is een amorf thermoplastisch polyetherimide (PEI) materiaal dat mechanische, thermische en elektrische eigenschappen combineert. De mechanische sterkte, hittebestendigheid, corrosieweerstand en andere eigenschappen, evenals eenvoudige verwerking en oppervlaktebehandeling, kunnen in veel ruimtevaarttoepassingen worden gebruikt.

Polycarbonaat - Dit is een duurzame, hoogwaardige kunststof die gemakkelijk te verwerken is, uitstekende hittebestendigheid biedt en vanwege de transparantie de voorkeur heeft voor optische componenten. Het is een zeer sterk materiaal met 25 keer de slagsterkte van acryl.

Polyetheretherketon (PEEK) - een polymeer dat sterkte, stijfheid en hardheid combineert en ideaal is voor toepassingen met hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid en zware belastingen. Polyetheretherketon is bestand tegen slijtage, chemicaliën en vocht, evenals sterkte en stijfheid. Het vertoont ook een goede wrijving en slijtvastheid. Het biedt weerstand tegen hydrolyse en kan langdurig worden blootgesteld aan water en stoom onder hoge druk zonder ernstige afbraak. Vanwege de hoge temperatuurbestendigheid is polyetheretherketon een ideale keuze wanneer de verwerkingstemperatuur de grenzen overschrijdt die conventionele kunststoffen kunnen weerstaan.

Torlon - Dit plastic is bestand tegen zeer hoge temperaturen. Bovendien biedt Torlon uitstekende sterkte, taaiheid en stijfheid, evenals duurzaamheid en slagvastheid. De hittebestendigheid en drukweerstand, gecombineerd met zelfsmerende eigenschappen, maken het ideaal voor lagers.

Nylon - een kernmateriaal voornamelijk vanwege de taaiheid en sterkte. Het is bestand tegen slijtage en heeft een goede slijtvastheid. Het is ook gemakkelijk te verwerken, lichtgewicht en kostenbesparend. Vanwege de uitstekende slijtvastheid is het vaak een vervanging voor onderdelen van metaal, rubber en andere materialen.

Materialen met ultrahoog moleculair gewicht (UHMW) - Wanneer ingenieurs de efficiëntie van de apparatuur willen verbeteren en hun slijtvastheid en geluidsreducerende prestaties willen verbeteren, kiezen ze voor polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht. UHMW biedt ook uitstekende prestaties, waaronder temperatuur, slagvastheid en slijtvastheid. Het heeft een lagere wrijvingscoëfficiënt dan staal of aluminium.

Teflon - Dit is een fluorkoolstof die goed geschikt is voor gebruik in hoge temperaturen en chemische omgevingen waar een hoge zuiverheid en inertheid vereist zijn. Het behoudt zijn prestaties over een breed scala van temperaturen en belastingen, en wordt veel gebruikt in de ruimtevaartindustrie voor afdichtings- en chemische bestendigheidstoepassingen.

Polysulfon - Dit materiaal heeft een hoge thermische stabiliteit en de afgewerkte onderdelen zijn stabiel en bestand tegen kruip en vervorming onder continue belasting en hoge temperaturen. Het heeft een hoge treksterkte en naarmate de temperatuur stijgt, blijft de buigmodulus hoog. Polysulfon is zeer goed bestand tegen minerale zuren en oxidatiemiddelen en is bestand tegen vele niet-polaire oplosmiddelen, zelfs bij verhoogde temperaturen en gematigde drukniveaus.

Met de ontwikkeling van de ruimtevaartindustrie hebben kunststoffen en hun toepassingen zich ook ontwikkeld. Vanwege de unieke combinatie van kunststoffen en de voortdurende ontwikkeling van nieuwe kunststoffen, hebben we reden om aan te nemen dat kunststoffen een sleutelrol zullen blijven spelen in de innovatie van de ruimtevaartindustrie.