航空航天领域的6种聚合物材料技术趋势

 

    飞机内部表面的清洁和消毒方式可以迅速降解传统塑料材料。

 

    最初为医院使用而开发的新型抗菌和抗消毒剂塑料现在正被指定用于飞机内饰。这些材料的配方是为了满足商业飞机所要求的严格的火焰、烟雾、毒性和热释放的标准。

 

 

    需要高强度和高刚度的航空结构传统上都是由金属或热固性复合材料制成。然而，这些材料有一些显著的限制。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是脆性的，通常具有较差的耐化学性。热固性制造是劳动密集型的，大多数热固性复合材料不适合在100℃以上的温度下使用。

 

    恩辛格公司开发的一类新的热塑性复合材料的强度和模量（硬度）值可与金属和热固性材料相媲美。该技术涉及连续玻璃纤维或碳纤维嵌入热塑性聚合物基体，通常由聚醚醚酮（PEEK）或Ultem PEI（聚醚酰亚胺）组成。由于基体是由高性能、热稳定的塑料制成，这些复合材料可以在高温下使用。

 

    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、抗疲劳性和减震特性，以及对燃料、润滑剂和清洁化学品的抵抗力。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部件，降低了制造成本。

 

    依靠射频信号控制飞行操作的无人驾驶飞行器（UAV）、无人机和卫星的激增，增加了对高度可靠天线的需求。最佳的天线功能要求塑料天线罩在所需的频率和整个设备的工作温度范围内不会明显衰减射频信号。具有低介电常数和低耗散系数以及增强的韧性、抗紫外线（UV）性和热成型性的专用工程塑料正越来越广泛地被指定用于保护天线天线罩。

 

 

    由于配对的金属表面受到振动和/或滑动磨损时的固有问题，金属与金属的连接往往是飞机组件的故障点。越来越多的设计者将韧性好、性能高的聚酰亚胺材料用于诸如花键联轴器和锁定紧固件的防旋转元件，以分离金属部件的应用。在组件中引入聚合物元素可以延长使用寿命，并延长所需维护周期的间隔时间。

 

    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被安装在配对的金属花键之间，以实现更顺畅的操作和更长的寿命。当旋转的金属轴轻微错位时，这种方法可以减少花键的磨损。聚合物的延展性允许轴的错位，而不会对金属轴、轴承或驱动电机产生过度的压力。

 

    在航空锁定紧固件中，杜邦Vespel聚酰亚胺被用作螺母或螺栓中的延展性锁定元件，以防止不必要的旋转，而在组装或拆卸维修时不损坏配套的金属紧固件。这种聚合物元件可防止与所有金属锁定紧固件设计相关的咬合。

 

    在这两个例子中，聚合物的延展性和磨损性能减轻了与金属间接触有关的问题。

 

 

    长期以来，塑料一直是需要电气绝缘性能的应用的首选材料。现代军用和民用飞机的电气系统可能特别具有挑战性，因为除了具有良好的介电强度和抗电弧性外，聚合物绝缘体还必须对飞机燃料和润滑剂具有耐受性；能够承受振动、磨损和疲劳；并具有出色的可燃性。飞机上的塑料绝缘子还必须在广泛的温度范围内工作--从巡航高度的极冷到喷气发动机附近的极热。

 

    飞机电气系统设计者现在指定使用含氟聚合物，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，，用于要求严格的航空电气应用，括支架绝缘子、收缩管和柔性电线包绝缘。

 

 

    商用飞机正变得越来越高档，其内部装饰可与豪华酒店大堂媲美。传统上，飞机内饰的印刷图案是有问题的，因为高流量区域暴露在磨损和反复清洗中，会迅速降低印刷效果。

 

    较新的技术，如KYDEX热塑性塑料的灌注成像技术，允许设计师使用材料中而不是材料上的图像创建定制环境。

 

    在用于管理和传输商业飞机上的光的塑料透镜材料方面也取得了重大进展。新的聚合物配方使LED灯具有高透光性、良好的扩散性和精确的色彩控制。使用高性能塑料的光线管理正在对飞机内部空间的美学产生积极的影响。