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

Flugzeuganwendungen für Ultra-Hochleistungspolymere

Von allen Industriezweigen hat die Luftfahrt eine der vielfältigsten und komplexesten Reihen von Bauteilen und Systemen. Die Betriebsumgebungen, denen Flugzeugwerkstoffe standhalten müssen, unterscheiden sich ebenso dramatisch. Unabhängig von der Komponente oder dem System ist Zuverlässigkeit von größter Bedeutung, 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 von thermischer und elektrischer Isolierung und EMI/RFI-Transparenz bzw. -Abschirmung gehören zu den zahlreichen Herausforderungen bei der Auswahl des optimalen Materials für Flugzeugkomponenten.

Diese Leistungskriterien für die Präzisionskonstruktionen von Flugzeugbauteilen stellen einen idealen Hintergrund für die ultrahochleistungsfähigen Polymerprodukte von Drake dar. Unter den Kunststoffen für Flugzeuganwendungen bieten unsere Kunststoffe Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, Ultem PEI und AvaSpire PAEK den Flugzeugingenieuren hervorragende physikalische Eigenschaften in verschiedenen Kombinationen, um die Leistungsanforderungen einer breiten Palette von Komponenten zu erfüllen. Alle diese Werkstoffe bieten ein einzigartiges Maß an mechanischer Festigkeit und Temperaturbeständigkeit, chemischer Beständigkeit, Lager- und Verschleißverhalten, thermischer Isolierung und elektrischen Isolationseigenschaften, um die anspruchsvollen 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 in Verstärkungen für Verbundplatten, einschließlich harter Punkte, thermischer Isolatoren und Befestigungselemente. Die Lager- und Verschleißkomponenten profitieren ebenfalls von den verschleißfesten Typen der Ultra-Hochleistungspolymere, die für Festigkeit, lange Lebensdauer und präzisen Betrieb sorgen.

Ein Beispiel dafür sind 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 den Türscharnieren befestigten Buchsen spielen eine wichtige Rolle für die präzise Funktion dieser Türen. Torlon 4301 PAI erfüllte die Anforderungen. Die aus dieser PAI-Sorte hergestellten Buchsen behalten ihre Festigkeit und Stabilität in einem Temperaturbereich von -40° bis 260°Cbei 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 Kombination von Eigenschaften aufweisen. Dies gilt auch für Anwendungen im Kabineninneren für Sitzmöbel, 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, die für diese Präzisionsteile erforderlich sind.

In Komponenten von Antriebssystemen vereinen 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.

Boeing-Ingenieure stellten beispielsweise fest, dass die Verlegung von Hydraulikleitungen durch die Treibstofftanks statt um sie herum eine erhebliche Gewichtsreduzierung bei ihren Verbundwerkstoff-Flugzeugen ermöglichen würde. Die Herausforderung bestand darin, dass die Hydraulikleitungen mit einem Material isoliert werden mussten, das hohen thermischen und elektrischen Belastungen standhält. Torlon 4203 PAI bot die Lösung. Seine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit isoliert die Wärmeenergie zwischen der Stirnwand und dem Verbundwerkstoff. Es verhindert auch elektrische Lichtbögen und behält seine Festigkeit bei den von den Anwendungen geforderten Temperaturen von -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 Bauteilen 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 Temperaturen von bis zu 260°C und sind auch ohne Schmierung verschleißfest.
  • 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
  • Klemmen aus glasfaserverstärktem Ultem 2300 verfügen über die für die Zuverlässigkeit von Bordgeneratoren erforderliche Dimensionsstabilität und elektrischen Eigenschaften

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 üblich sind, kommen andere auf einem höheren Niveau zum Tragen 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. Sowohl Torlon PAI als auch PEEK erfüllen 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 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 Halbzeuge extrudiert und zu Teilen verarbeitet wurde, behielt die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, um die Tests bei10 9 Rad, der höchsten Expositionsstufe der Testverfahren, zufriedenstellend zu bestehen. Victrex PEEK, ein weiteres Polymer, das von Drake Plastics in hochleistungsfähige Halbzeuge sowie bearbeitete und geformte Teile umgewandelt wird, bestand ebenfalls bei 10 9 rad. 30 % glasverstärktes Ultem 2300 PEI, das Drake in seinen einzigartigen und effizienten maschinell bearbeitbaren Seamless Tube® Konfigurationen anbietet, zeigte eine beeindruckende Eigenschaftserhaltung bei 10 8 rad.

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. Auf der Grundlage eingehender Tests gelten bestimmte Typen dieser beiden Polymere als ausgasungsarme Materialien mit TML-Werten (Total Mass Loss) von unter 1 % und einem CVCM-Wert (Collected Volatile Condensable Material – Gesammeltes flüchtiges kondensierbares Material) von weniger als 0,1 %. Thermoplastische Werkstoffe mit diesen niedrigen Werten sind in vielen kritischen Luft- und Raumfahrtanwendungen besonders wichtig, um Verunreinigungen durch Ausgasungen in Hochvakuumumgebungen zu vermeiden. Die NASA hat die ausgewählten Typen von Torlon PAI und PEEK 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 den Einsatz 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. In Anbetracht des Risikos ungewollter Stöße in den begrenzten Arbeitsräumen, den kalten Temperaturextremen und der Schwerelosigkeit im Weltraum steht die Bruchfestigkeit von Materialien für Bauteile, Werkzeuge, Flüssigkeits- und Gasleitungen, Kupplungen und andere Anwendungen ganz oben auf der Liste der Leistungsprioritäten.

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

Typische Anwendungen von Drake’s Ultra-Hochleistungsmaterialien in Raumfahrzeugen

  • Sektorgetriebe aus hochfestem, formstabilem Torlon 7130 für den Einsatz von Satelliten-Solaranlagen
  • 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 sind beständig gegen Strahlungsschäden, haben eine hohe Festigkeit und sind leichter als solche aus Metall.
  • Satelliten-Hardwarekomponenten aus Ultem PEI bieten hohe Festigkeit und EMI/RFI-Abschirmung
  • Verschleißzwischenlagen 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 Formstabilität von Torlon 4301 unter extremen Bedingungen