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聚焦航空用塑料零部件
2018/6/28 21:33:27  转载自: 互联网  
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塑料的性能使其适用于航空航天的独特应用,这就是为什么过去45年中,塑料零部件在航空航天设计中的使用翻了两番。塑料的重量比金属轻得多,这使其适合用于更动态的设计和更轻质的飞机零部件,并且能带来巨大的燃料节约。在重量强度比上的优势意味着,要达到同等强度,塑料重量只有金属的七分之一,或是铝的一半。塑料还可为飞机恶劣环境的应用提供耐腐蚀性,以及相对较高的热稳定性和机械稳定性。和玻璃相比,透明塑料在航空制造中的应用也有几大优势。透明塑料零部件重量更轻,并能提供比玻璃更高的耐冲击性,而这对飞机来说正是一个关键的安全因素。透明塑料可以通过几种方法成型,并制作成坚固、透明而又复杂的零部件。 在许多飞机应用中,对于轴承和轴都要求有高的表面润滑性,但有时候因为其所处的位置而很难润滑。新的自润滑塑料技术在许多情况下可以解决这个问题,并能实现长的使用寿命而无需最低限度的维护。作为一种高效的电绝缘体,塑料是一些航空航天应用的第一选择。许多塑料具有这种天然的绝缘能力,因而提供了大量的材料选择,不过有一些塑料提供的是接近零的电导率。在军事应用中,塑料对于雷达来说是一种有效的绝缘材料,用来防止被发现。此外,塑料在设计中能提供极大的灵活性。如今,工程师有着许多种高性能的热塑性塑料和复合材料可供选择,可以很好地满足任何应用的高要求。最后,塑料零部件的制造总体来说比较经济,关键是从广泛的制造方法中选出适合大多数项目的最佳方法。航空塑料零部件的演变从历史来看,航空航天工业和塑料工业起飞的时间点非常接近——都是在二次世界大战。战争的出现加速了战斗中使用的飞机的发展。1940年,美国总统罗斯福增加了军用飞机的年生产量,从10000增至50000以支持战争。同时,战时关键工业材料如金属和橡胶出现短缺,快速推动了塑料在制造业中的应用,包括航空制造。航空制造业的工程师起初是使用乙烯基材料来更换橡胶零件,特别是在燃料箱内壁和飞行员靴子。之后塑料被用于制造覆盖雷达装置的天线罩。由于对电磁波几乎透明,塑料被迅速投入使用,以使传输最大化。 随着工程师发现了新的方法来利用塑料的性能,成功的连锁反应由此被引发。在 20世纪60年代和70年代,高性能塑料的发展打开了新的大门。今天,航空塑料零部件被广泛投入FAA批准的零件市场,这种最快、最具成本效益的材料能帮助航空制造商获得所需的零部件。塑料零部件大量出现在航空航天领域,从机身零部件到衬套、轴承、支架以及更多。航空应用中的许多塑料零部件是机械加工的,而不是成型或挤压的。当需要替代的零部件数量有限时,机械加工是最好的选择,这是因为能实现非常高的性能和精度,以及航空航天设计所需的非常紧密的公差。此外,机械加工通常要便宜得多。除非你要生产数量庞大的零部件,否则开模费用就会相当不划算。一个注塑成型模具的成本可能高达3万美金。如果你需要几千个某种零件,那开模成本是可以接受的,但航空业通常一次只需要一百个或更少。显然,替代的零部件必须由相同的塑料制成。不久以前,航空制造商会向塑料供应商提供原始零部件的样品用来复制。现在,他们让塑料工程师直接从CAD设计来得到FAA批准的样品。航空用塑料由于有着如此之多的高性能塑料供选择,工程师可以为任何给定的应用选择最佳的材料。下面介绍几种常用于航空领域的塑料。迭尔林(聚甲醛树脂)——这种材料能缩小金属和普通塑料之间的差距,结合了抗蠕变性、强度、刚度、硬度、尺寸稳定性和韧性。它防溶剂,防燃油,耐磨损,低磨损,低摩擦。其基本的机械表面性能使轴承能承受中度的磨损。 Ultem聚醚酰亚胺——这是一种无定形热塑性聚醚酰亚胺(PEI)材料,结合了机械性能、热性能和电气性能。其机械强度、耐热性、耐腐蚀性等特性,以及易于加工和表面处理,让其能用于许多航空航天的应用。聚碳酸酯——这是一种经久耐用的高性能塑料,它很容易加工,能提供出色的耐热性,并且由于其透明度而是光学元件的首选。它是一种高强度材料,冲击强度是压克力的25倍。聚醚醚酮(PEEK)——这是一种兼具强度、刚度、硬度的聚合物,对于涉及高温、高湿和重负载的应用是一种理想选择。聚醚醚酮融合了抗磨损、耐化学性和耐湿性以及强度和刚度。它还显示出良好的摩擦性能和耐磨性。它提供耐水解性,并可以暴露在高压水和蒸汽中持续很长一段时间,也不会出现严重的降解。由于其耐高温性,当加工温度超过常规塑料能承受的极限时,聚醚醚酮将是一种理想选择。 聚酰亚胺(Torlon)——这种塑料可以承受很高的温度。此外,Torlon可以提供出色的强度、韧性和刚度,以及耐久性和抗冲击性。其耐热性和抗压性,再结合自润滑性能,使其非常适合用于轴承。尼龙(Nylon)——一种核心材料,主要是由于其韧性和强度。它耐磨损,具有良好的耐磨性。它也很容易加工,轻巧,而且具有高的成本效益。由于其出色的耐磨性,常常能替代金属、橡胶以及其他材料的零部件。超高分子量(UHMW)材料——当工程师想要提高设备效率,提高其耐磨性、降噪性能时,会选择超高分子量聚乙烯来制作塑料零部件。UHMW也提供优异的性能,包括温度、抗冲击、抗磨损。它具有比钢或铝更低的摩擦系数。聚四氟乙烯(Teflon)—— 这是一种碳氟化合物,能很好地应用于从高温和化学环境到需要高纯度和惰性的地方。它能在范围广的温度和高负载下保持其性能,在航空工业中,它通常用于密封和耐化学性的应用。聚砜(Polysulfone)——这种材料具有高的热稳定性,制成的零部件在连续负载和高温下能保持稳定以及抗蠕变和抗变形。它具有高的拉伸强度,并且随着温度的升高,弯曲模量仍然很高。聚砜是高度耐无机酸水溶液和氧化剂的,而且即使在高温和适度的压力水平下,它仍然能抵抗许多非极性溶剂。随着航空航天工业的发展,塑料及其应用也随之发展。由于塑料具有的独特综合性能,并且塑料新材料在不断发展,我们有理由相信塑料将继续在航空航天工业的创新中发挥关键作用。

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