Exotische Treibstoffe, Ablation, hohe Beschleunigungs- und Vibrationsbelastungen, extreme Temperatur-, Wetter- und Umwelteinflüsse, EMI/RFI- und Strahlungsbelastungen sowie Präzisionstoleranzanforderungen – all dies sind Faktoren, die bei militärischen und militärischen Anwendungen für Hochleistungskunststoffe eine Rolle spielen. Die Ultra-Hochleistungspolymere von Drake können auf eine beeindruckende, jahrzehntelange Erfolgsgeschichte zurückblicken, wenn es darum geht, Lösungen für diese Herausforderungen zu finden.

Drake’s Ultra-Hochleistungspolymere in Waffensystemen

Präzisionsgenauigkeit und einwandfreie, zuverlässige Leistung unter extremen Bedingungen sind für moderne Waffen wie tragbare Raketenwerfer unerlässlich. Geringes Gewicht ist auch ein Faktor bei Waffen, die von Personen getragen und eingesetzt werden, die sich in Bewegung befinden. Die Komponenten komplexer Visier- und Leitsysteme müssen unter unterschiedlichsten Umweltbedingungen formstabil bleiben und rauer Handhabung, aggressiven Treibstoffen, Starttemperaturen und hohen Geschwindigkeiten standhalten. Die Schwerentflammbarkeit von Bauteilen für diese Art von militärischen Ausrüstungen ist häufig eine Anforderung an die Materialspezifikationen.

Ultra-Hochleistungspolymere von Drake Plastics bieten seit Jahrzehnten Lösungen für diese technischen Herausforderungen, die oft erhebliche Vorteile gegenüber Metallen bieten. Einzigartige Eigenschaftsprofile der vielen verschiedenen Typen von Torlon PAI, Victrex und Solvay KetaSpire® PEEK, Ryton R-4 PPS und Ultem PEI, die von Drake in Form von maschinell bearbeitbaren Formen sowie maschinell bearbeiteten und spritzgegossenen Teilen angeboten werden, bieten eine Reihe von Material- und Produktionsoptionen. Dies gibt den Ingenieuren die Möglichkeit, die Anforderungen der von ihnen entworfenen Waffenkomponenten mit dem optimalen Material und der optimalen Herstellungsmethode für die Teile abzustimmen, die die effizienteste und effektivste Kombination aus Leistung und Kosten ergeben.

Im Vergleich zu Metallen sind diese Hochleistungspolymere korrosionsbeständig, wenn sie einer Vielzahl von Chemikalien, Schmiermitteln und Treibstoffen ausgesetzt sind. Sie widerstehen auch den Auswirkungen von übermäßiger Feuchtigkeit und behalten ihre Dimensionsstabilität bei extremer Feuchtigkeit und Temperatur. All diese Vorteile sind angesichts der Wahrscheinlichkeit einer längeren Exposition gegenüber einer Vielzahl von Witterungsbedingungen von wesentlicher Bedeutung. Da sie viel leichter sind als Metalle, verbessern sie auch die Tragbarkeit der Waffen und erleichtern den schnellen Einsatz von Ort zu Ort – eine Routineanforderung im Einsatz.

Mit Kohlenstoff- und Glasfasern verstärkte Torlon PAI- und PEEK-Typen weisen eine außergewöhnlich hohe Strukturfestigkeit und Steifigkeit auf. Mit ihrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der mit dem von Metallen vergleichbar ist, bieten sie Maßhaltigkeit bei Präzisionsbauteilen in beiden Extremen des Temperaturspektrums. Sie behalten ihre strukturelle Stärke auch in der Nähe von Spitzenwerten intensiver Hitze, die durch wiederholtes Abfeuern von Waffen entsteht. Diese Kombination aus hoher Festigkeit und Stabilität ist ein Schlüsselfaktor für die Wahl von Komponenten, die präzise Maßtoleranzen erfordern, um die Genauigkeit in tragbaren Raketenwerfern zu gewährleisten.

Radome, Zünderbecher, Flossen, Flügel und Kabelträger gehören zu den Anwendungen dieser Hochleistungspolymere in Raketen, die von tragbaren und festen Plattformen aus eingesetzt werden, sowie in anderen Lenkwaffen. Die komplexen Waffensysteme nutzen Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS und andere Hochleistungspolymere von Drake Plastics für strukturelle Festigkeit und Stabilität unter sehr unterschiedlichen und schwierigen Betriebsbedingungen. Diese Polymerwerkstoffe, die Drake als maschinell bearbeitbare Rohformen und Teile liefert, haben in über zwei Jahrzehnten erfolgreich bewiesen, dass sie den Anforderungen moderner Waffen und Waffensysteme gewachsen sind.

Anwendungen für Militärflugzeuge in Hochleistungspolymeren von Drake

Die Ultra-Hochleistungspolymere von Drake haben eine solide Erfolgsbilanz bei der Bereitstellung von Lösungen für die Herausforderungen, die mit der Entwicklung komplexer militärischer Flugzeugkomponenten verbunden sind. Die alltäglichen Betriebsbedingungen erfordern leichte Werkstoffe, die in der Nähe der starken Hitze von Düsentriebwerken und bei den schnellen und extremen atmosphärischen Temperaturschwankungen, die im Flug auftreten, steif und formstabil bleiben. Elektronische Abschirmung sowie elektrische und thermische Isolierung sind für eine kompromisslose Systemleistung unerlässlich. Die Belastungen während des Fluges und die Kräfte bei Beschleunigung, Abbremsung und Landung erfordern eine hohe Steifigkeit und Schlagfestigkeit der Bauteile. Raketentreibstoffe und Düsentreibstoffe stellen zusätzliche Anforderungen an die chemische Beständigkeit von Werkstoffen, die in Flugzeugkomponenten verwendet werden. Anwendungen, die aus den verschiedenen Formulierungen von Torlon PAI, Victrex und Solvay KetaSpire PEEK, Ryton R-4 PPS und Ultem PEI maschinell bearbeitet und spritzgegossen werden, haben bewiesen, dass sie diesen Anforderungen gerecht werden.

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In den meisten Fällen werden die Komponenten bereits in der ersten Entwurfsphase aus Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS und Ultem PEI von Drake hergestellt. Es gibt jedoch auch Ausnahmen, in denen diese Hochleistungspolymere Lösungen für unvorhergesehene Probleme mit Metallteilen bieten.

So waren beispielsweise die Treibstoffanschlüsse für die Zusatztanks des F-16-Kampfflugzeugs ursprünglich aus rostfreiem Stahl gefertigt. Die Zusatztanks verschaffen dem Düsenjäger einen wichtigen taktischen Vorteil, indem sie seine Reichweite um 50 % erhöhen. Die bei den ursprünglichen Tanks verwendeten Verbindungen aus benetztem Metall galten als unsicher im Falle eines Blitzeinschlags. Anstatt den kostspieligen und unsicheren Weg zu gehen, die Metallteile zu isolieren, nahmen die Ingenieure die Herausforderung an, ein Material zu finden, das die Metallteile direkt ersetzen würde. The material had to resist degradation and embrittlement from exposure to jet fuel, withstand heavy vibrations without failure, and maintain its rigidity and dimensions at temperature excursions to 200oC during afterburner flight. Das Entwicklungsteam von Drake hat mit den Flugzeugingenieuren zusammengearbeitet und Torlon 4203L als das Material mit der besten Eigenschaftskombination für die Anforderungen identifiziert. Sie spezifizierten daraufhin das von Drake entwickelte Seamless Tube® als Materialform für die Bearbeitung der Verbindungen. Die aus dem extrudierten Seamless Tube® gefertigten Torlon 4203L-Teile wiesen geringere Eigenspannungen und eine höhere Zähigkeit und Festigkeit als spritzgegossene Teile auf. Die Herstellung der Verbindungsstücke aus Drake’s Seamless Tube anstelle von Vollstäben minimierte auch den Materialverlust und führte zu einer erheblichen Einsparung bei der Bearbeitungszeit. Von der ersten Verbindung, die Drakes Bearbeitungsbetrieb hergestellt hat, hat jede einzelne die strenge Druckprüfung von 45 bar bestanden, die für die Anwendung erforderlich ist.

Viele militärische Flugzeuganwendungen von Drakes maschinell bearbeitetem und geformtem Torlon PAI, PEEK, Ultem PEI und Ryton R-4 PPS sind denen in Verkehrsflugzeugen sehr ähnlich. Dazu gehören elektrische Steckverbinder, Anschlussklemmen und Leuchtengehäuse, bei denen die Dimensionsstabilität, die Festigkeit, die Abschirmungsvorteile und die elektrischen Eigenschaften dieser Polymere eine entscheidende Rolle spielen. Buchsen, Lager, Rollen, Zahnräder, Schaufeln und ähnliche bewegliche und gleitende Teile werden ebenfalls aus lager- und verschleißfesten Qualitäten dieser Materialien hergestellt, um eine zuverlässige Langzeitleistung unter extremen Bedingungen zu erzielen.

Ultra-Hochleistungspolymere von Drake in Schiffskomponenten

Es wäre eine große Herausforderung, einen Anwendungsbereich für Hochleistungspolymere zu definieren, in dem die Zuverlässigkeit von Systemen und Komponenten wichtiger ist als bei Atom-U-Booten.

Zuverlässigkeit und Sicherheit stehen an erster Stelle.

Die Betriebsumgebung von Nuklearantrieben stellt besondere Anforderungen an die in ihrer Nähe verwendeten Werkstoffe und Komponenten. Die Bestimmung, wie sich die Strahlungsmenge, die bei jeder Anwendung auftritt, auf die Eigenschaften der Polymere auswirkt, ist ein wichtiger Faktor bei der Materialauswahl.

Einige Kunststoffe weisen bei Tests mit hohen Strahlungswerten einen steilen Abfall der mechanischen Eigenschaften auf. Die Folge ist ein Verlust an Festigkeit und Duktilität, was auf eine hohe Wahrscheinlichkeit des Versagens bei Stress- oder Stoßbelastungen hindeutet.

In Tests, die vom American Composites Manufacturing Learning Center durchgeführt und zertifiziert wurden, wurde eine breite Palette thermoplastischer Materialien, darunter Torlon PAI, PEEK und Ultem PEI, bei Strahlenbelastungen von103 bis109 Rad getestet. Nur eine Handvoll Materialien wies eine zufriedenstellende Eigenschaftserhaltung bei Werten von106 und höher auf. Das hochfeste Torlon 5030 PAI, ein zu 30 % glasverstärktes Polymer, das von Drake Plastics in Formen extrudiert und zu Teilen verarbeitet wurde, hat die erforderlichen mechanischen Eigenschaften beibehalten, um die Tests der Behörde bei109 Rad zu bestehen – der höchsten Stufe, die bei der Bewertung von Polymermaterialien verwendet wird. Victrex PEEK, ein weiteres Hochleistungspolymer für Halbzeuge und Teile von Drake, bestand ebenfalls bei109 rads. 30 % glasverstärktes Ultem 2300 PEI, das Drake in seinen einzigartigen und effizienten Seamless Tube® Konfigurationen anbietet, zeigte eine beeindruckende Eigenschaftserhaltung bei108 rads.

Neben der zuverlässigen Leistung bei ähnlichen Anwendungen veranlasste die Beibehaltung der Eigenschaften unter Strahlungseinwirkung die Ingenieure der US Navy, Torlon PAI in einer Reihe von Konstruktionen von Drake Plastics für Kugelventil- und Rohrsitze für ihre Atom-U-Boote zu spezifizieren. Dank der außergewöhnlichen Beständigkeit des Werkstoffs gegen Strahlungseinflüsse bietet Torlon PAI die für diese Bauteile geforderte hohe Druckfestigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit und behält sie bei.

Das Entwicklungsteam von Drake Plastics erfüllte auch die Forderung der US Navy nach einem langlebigen Werkstoff, der für Stevenrohrdichtungen verwendet werden kann. Die Lösung: Drake Seal Segments®, hergestellt aus Torlon PAI. Die wachsende Schiffsflotte der Marine verlässt sich heute auf diese bogenförmigen Dichtungskomponenten wegen ihrer hohen Druckfestigkeit, Zähigkeit und langfristigen Verschleißbeständigkeit.

Weitere Anwendungen für Drake-Hochleistungspolymerprodukte in Marineschiffen sind elektrische Steckverbinder und Buchsen, die aus hochfestem und chemikalienbeständigem Ryton R-4 PPS hergestellt werden. Das Material bietet hervorragende elektrische und thermische Isolierungs- und Isolationseigenschaften, die für eine Vielzahl dieser Komponenten erforderlich sind. Bemerkenswert ist auch seine chemische Beständigkeit, denn für das PPS-Material sind keine Lösungsmittel bekannt.

Drake-Hochleistungspolymere in Militär- und Verteidigungskomponenten

  • Die aus 30 % kohlenstofffaserverstärktem PEEK hergestellten tragbaren Raketenflossen sind leicht, robust und steif und tragen zur Tragbarkeit, Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Waffen bei.
  • Radome profitieren von den dielektrischen Eigenschaften, der hohen Festigkeit und der höheren Temperaturbeständigkeit von KetaSpire XT920 GF30 PEEK von Solvay im Vergleich zum Standard-PEEK-Typ.
  • Die Antennenhalterungen sind aus kohlenstofffasergefülltem PEEK gefertigt, das aufgrund seiner hervorragenden Festigkeit und elektrischen Leitfähigkeit verwendet wird.
  • Elektrische Steckverbinder sind auf die Dimensionsstabilität sowie die Isolations- und Dämmeigenschaften von Ryton R-4 PPS angewiesen.
  • Buchsen und Lager , die aus lager- und verschleißfesten Torlon PAI- und PEEK-Typen hergestellt werden, bieten zuverlässige Leistung in Flugzeugen und Marineschiffen.
  • Aus Torlon 4203 Seamless Tube® gefertigte Zusatztanks und Luftanschlüsse verlängern die Flugreichweite von Kampfjets.
  • Aus Torlon PAI gefertigte Kugelventilsitze arbeiten zuverlässig und langfristig in Atom-U-Booten und anderen Marineschiffen.
  • Stevenrohrdichtungen , die aus Torlon PAI Seal Segments® von Drake bestehen, dienen der wachsenden Flotte von Marineschiffen.