Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt stellen ganz besondere Anforderungen an die Materialien. Die Ultra-Hochleistungspolymere von Drake Plastics haben bewiesen, dass sie in der Lage sind, Lösungen für diese außergewöhnlichen Herausforderungen zu bieten.

Flugzeuganwendungen für ultrahochleistungsfähige Polymermaterialien

Unter allen Industriezweigen hat die Luftfahrt eine der vielfältigsten und komplexesten Reihen von Bauteilen und Systemen. Die Betriebsumgebungen, denen Flugzeugmaterialien standhalten müssen, unterscheiden sich ebenso dramatisch. Unabhängig von der Komponente oder dem System steht die Zuverlässigkeit an erster Stelle, und geringes Gewicht und platzsparendes Design sind allgegenwärtige Prioritäten.

Zu den Betriebsbedingungen gehört der Kontakt mit Düsentreibstoffen, Enteisungschemikalien und Schmiermitteln. Extreme Temperaturschwankungen, hohe Spannungen und Lagerbelastungen sowie die Notwendigkeit einer thermischen und elektrischen Isolierung und EMI/RFI-Transparenz – oder Abschirmung – gehören zu den vielen Herausforderungen bei der Festlegung des optimalen Materials für Flugzeugkomponenten.

Diese Leistungskriterien für die Präzisionskonstruktionen von Flugzeugkomponenten stellen einen idealen Hintergrund für die ultrahochleistungsfähigen Polymerprodukte von Drake dar. Unter den Kunststoffen für Flugzeuganwendungen bieten unsere Materialien Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, Ultem PEI und AvaSpire PAEK Flugzeugingenieuren überlegene physikalische Eigenschaften in verschiedenen Kombinationen, um die Leistungsanforderungen einer Vielzahl von Komponenten zu erfüllen. Alle diese Polymermaterialien bieten ein einzigartiges Maß an mechanischer Festigkeit und Temperaturbeständigkeit, chemischer Beständigkeit, Lager- und Verschleißfestigkeit, thermischer Isolierung und elektrischen Isolationseigenschaften, um die hohen Anforderungen effektiv und effizient zu erfüllen.

Bei Anwendungen im Flugzeugbau bieten Torlon PAI und PEEK die hohe Festigkeit und thermische Isolierung für eine zuverlässige Leistung bei der Verstärkung von Verbundplatten, einschließlich harter Punkte, thermischer Isolatoren und Befestigungselemente. Auch die Lager- und Verschleißkomponenten profitieren von den verschleißfesten Qualitäten der Ultra-Hochleistungspolymere, die für Festigkeit, lange Lebensdauer und präzisen Betrieb sorgen.

Ein Beispiel sind die Blocker-Türbuchsen aus Torlon PAI, die zeigen, wie dieses Hochleistungspolymer in kritischen Flugzeugkomponenten unter extremen Temperatur- und Belastungsbedingungen funktioniert. Blocker-Türen erzeugen den Umkehrschub, der Düsenflugzeuge bei der Landung abbremst. Die an der Türscharnierbaugruppe befestigten Buchsen spielen eine Schlüsselrolle für die präzise Funktion dieser Türen. Torlon 4301 PAI wurde den Anforderungen gerecht. Die aus dieser PAI-Sorte hergestellten Buchsen behalten ihre Festigkeit und Stabilität bei Temperaturen von -40° bis 500°F (-40° bis 260°C) und weisen einen geringen Reibungsverschleiß auf, wenn sie ohne Schmierung laufen.

Komponenten, die in Aktuatoren und Steuerungen, im Wärme- und Energiemanagement, in Sensoren, im Kabelschutz und in anderen Systemen und unterstützenden Anwendungen eingesetzt werden, verlassen sich auf die Hochleistungspolymere von Drake, die eine unterschiedliche Mischung von Eigenschaften aufweisen. Dies gilt auch für die Innenausstattung von Kabinen für Sitzgelegenheiten, Kühlsysteme, Sauerstoffsysteme, Beleuchtung, Vakuumabfallsysteme und Frachtabfertigungsgeräte. Torlon PAI, Ultem PEI und PEEK verbinden geringes Gewicht und Festigkeit bei hohen Temperaturen mit Dimensionsstabilität sowie thermischer und elektrischer Isolierung und Isolierung, die für diese Präzisionsteile erforderlich sind.

In Komponenten von Antriebssystemen kombinieren Torlon PAI und PEEK außergewöhnliche chemische Beständigkeit und hohe Festigkeit mit dem zusätzlichen Vorteil der Gewichtsreduzierung, einem allgegenwärtigen Ziel im Flugzeugdesign. Ihre Vielseitigkeit in der Anwendung kann auch zu innovativen Systemdesigns beitragen, die Gewicht und Kosten reduzieren.

Die Ingenieure von Boeing haben zum Beispiel festgestellt, dass die Verlegung von Hydraulikleitungen durch die Treibstofftanks statt um sie herum eine erhebliche Gewichtsreduzierung in ihrem Verbundwerkstoff-Flugzeug ermöglichen würde. Die Herausforderung bestand darin, dass die Hydraulikleitungen mit einem Material isoliert werden mussten, das extremen thermischen und elektrischen Belastungen standhält. Torlon 4203 PAI bot die Lösung. Seine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit isoliert die Wärmeenergie zwischen dem Schott und dem Verbundstoff. Es verhindert außerdem elektrische Lichtbögen und behält seine Festigkeit bei den von den Anwendungen geforderten Temperaturen -40° bis 350°F (-40° bis 177°C).

Drake Plastics ist ein anerkannter Spezialist für Ultra-Hochleistungspolymere. Unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Zusammenarbeit hat den Ingenieuren geholfen, Lösungen für die Materialauswahl und die Produktion von Teilen für zahlreiche Flugzeuganwendungen wie diese zu entwickeln.

Typische Anwendungen von Drake's Ultra-Hochleistungspolymeren in Flugzeugen

  • Isolatoren und Isolatoren aus Torlon 4203, PEEK, und glasfaserverstärktem Torlon 5030, GF PEEK und Ryton R-4 PPS bieten hervorragende elektrische Barriereeigenschaften. Die unverstärkten Torlon PAI- und PEEK-Typen bieten die niedrigste Wärmeleitfähigkeit für eine optimale thermische Isolierung.
  • Sektorzahnräder aus spritzgegossenem Torlon 4203 bewegen einwandfrei Einlassleitschaufeln in Gasturbinen
  • Batterieanschlüsse aus 30% glasfaserverstärktem PEEK bieten elektrische Isolierung in Antriebssystemen
  • Blocker-Türbuchsen aus Torlon 4301 überstehen hohe Belastungen und Temperaturschwankungen bis zu 500°F und sind verschleißfest ohne Schmierung
  • Schrauben aus Torlon 4203 bieten hohe Festigkeit, EMI/RFI-Transparenz und geringeres Gewicht im Vergleich zu metallischen Verbindungselementen
  • Externe Leuchtengehäuse aus faserverstärktem Torlon PAI und PEEK behalten ihre Abmessungen auch bei extremen Temperaturen bei und sind resistent gegen Schäden durch verschütteten Kraftstoff und Enteisungsmittel.
  • Aus Torlon 4203 Seamless Tube® gefertigte Treibstoff- und Luftanschlüsse verlängern die Flugreichweite von Kampfjets
  • Klemmenblöcke aus glasfaserverstärktem Ultem 2300 haben die Dimensionsstabilität und die elektrischen Eigenschaften, die für die Zuverlässigkeit von Generatoren an Bord erforderlich sind

Ultrahochleistungspolymere Materialien in Raumfahrzeugen

Bemannte und unbemannte Raumfahrzeuge profitieren von vielen der gleichen Eigenschaften, die Drake Plastics‘ Ultra-Hochleistungspolymere zu einer bewährten Wahl für Flugzeuge gemacht haben. Doch während einige Leistungsfaktoren allgemein bekannt sind, kommen andere erst auf einem höheren Niveau ins Spiel und wieder andere sind völlig einzigartig für Raumfahrzeuge. Dazu gehören extreme Kälte, die Auswirkungen der Schwerelosigkeit und das Potenzial für Vakuum-Ausgasungplötzliche starke Übergänge von hohen zu niedrigen Temperaturen, exotische Treibstoffe und Chemikalien sowie höhere Belastungen, Vibrationen und Lasten. Torlon PAI und PEEK erfüllen beide diese Leistungsanforderungen für Materialanwendungen in Satelliten sowie bemannten und unbemannten Raumfahrzeugen.

Die Strahlungsbelastung im Weltraum ist ein weiterer wichtiger Faktor für die langfristige Leistungsfähigkeit von Polymeren in diesen Anwendungen. Während viele Materialien verspröden, haben sich Torlon PAI, PEEK und Ultem PEI als weitaus widerstandsfähiger gegenüber einer Verschlechterung ihrer Eigenschaften erwiesen, selbst bei hoher Strahlenbelastung.

Dies wurde in einem Bericht des American Composites Manufacturing Learning Center bestätigt, das Tests durchführte, um festzustellen, wie die Strahlung die physikalischen Eigenschaften einer umfassenden Gruppe von Thermoplasten beeinträchtigen könnte. Die Tests wurden mit einer Strahlenbelastung von103 bis109 Rad durchgeführt. Das hochfeste Torlon 5030 PAI, ein zu 30% glasverstärktes Polymer, das von Drake Plastics in Formen extrudiert und zu Teilen bearbeitet wurde, behielt die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, um die Tests bei109 Rad, der höchsten Expositionsstufe der Testverfahren, zufriedenstellend zu bestehen. Victrex PEEK, ein weiteres Polymer, das von Drake Plastics in hochleistungsfähige Halbzeuge und spanend bearbeitete Teile umgewandelt wird, bestand ebenfalls bei109 rads. 30 % glasverstärktes Ultem 2300 PEI, das Drake in seinen einzigartigen und effizienten maschinell bearbeitbaren Seamless Tube® Konfigurationen anbietet, zeigte eine beeindruckende Eigenschaftserhaltung bei108 rads.

Ein weiterer bedeutender Vorteil von Torlon PAI und PEEK gegenüber vielen anderen Polymeren für Raumfahrtanwendungen ist, dass sie die Bedenken hinsichtlich der Ausgasung im Vakuum bei Schwerelosigkeit verringern. Basierend auf gründlichen Tests qualifizieren sich bestimmte Qualitäten dieser beiden Polymere als gering ausgasende Materialien mit TML-Werten (Total Mass Loss) von weniger als 1% und einem CVCM-Wert (Collected Volatile Condensable Material) von weniger als 0,1%. Thermoplastische Materialien mit diesen niedrigen Werten sind in vielen kritischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt besonders wichtig, um eine Kontamination durch Ausgasung in Hochvakuumumgebungen zu verhindern. Die NASA hat die ausgewählten Torlon PAI- und PEEK-Qualitäten und die Einzelheiten ihrer Testergebnisse in ihre Liste der ausgasungsarmen Materialien aufgenommen, die die Behörde für Anwendungen in Raumfahrzeugen führt.

Ein weiterer überzeugender Faktor für die Verwendung von Torlon PAI und PEEK in der Luft- und Raumfahrt ist ihre Fähigkeit, ihre Zähigkeit und Duktilität bei den kryogenen Temperaturen zu bewahren, denen kritische Komponenten in dieser Umgebung ausgesetzt sind. Angesichts des Risikos eines versehentlichen Aufpralls in den begrenzten Arbeitsbereichen, den kalten Temperaturextremen und der Schwerelosigkeit im Weltraum steht die Bruchsicherheit ganz oben auf der Liste der Leistungsprioritäten für Materialien, die in Komponenten, Werkzeugen, Flüssigkeits- und Gasleitungen, Kupplungen und anderen Anwendungen verwendet werden.

Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, Hochtemperatur-PEEK HT und Ultem PEI beweisen mit ihrer wachsenden Liste von Anwendungserfolgen ihren Wert als leichte und zuverlässige Hochleistungsmaterialien für Raumfahrtkomponenten. Drake Plastics‘ umfassende Familie leichter Polymermaterialien bietet Ingenieuren die Möglichkeit, die optimale Kombination aus Festigkeit, Stabilität, Lager- und Verschleißeigenschaften sowie Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit zu wählen, die am besten zu ihren Anwendungsanforderungen passt. Insbesondere die Zähigkeit der Torlon PAI- und PEEK-Polymere bei kryogenen Temperaturen in Verbindung mit ihren geringen Ausgasungseigenschaften und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Verschlechterung der Eigenschaften durch hohe Strahlung hat sie bereits zu den bevorzugten Materialien für eine Vielzahl von Komponenten in der Luft- und Raumfahrt gemacht.

Typische Anwendungen von Drake's Ultra-Hochleistungsmaterialien in Raumfahrzeugen

  • Sektorgetriebe aus hochfestem, formstabilem Torlon 7130 setzen Satelliten-Solaranlagen ein
  • Isolatoren und Isolatoren aus Torlon 4203 und PEEK dienen als hervorragende thermische und elektrische Barrieren
  • Befestigungselemente aus Torlon PAI und PEEK sichern alles von Antennen über Fenster bis hin zu Flüssigkeits- und Gasleitungen und Isolierplatten
  • Befestigungselemente und Schrauben aus Torlon 4203 widerstehen dem Abbau durch Strahlung, haben eine hohe Festigkeit und sind leichter als solche aus Metall.
  • Satelliten-Hardwarekomponenten aus Ultem PEI bieten hohe Festigkeit und EMI/RFI-Abschirmung
  • Verschleißteile aus PEEK und Torlon PAI erhalten die Funktionalität von Satellitenantriebssystemen in der Umlaufbahn
  • Dichtungen für Oxidationsmittelventile und Buchsen in Raketentriebwerken verlassen sich auf die chemische Beständigkeit, Festigkeit und Maßhaltigkeit von Torlon 4301 unter extremen Bedingungen.