کاربردهای نظامی و دفاعی برای TORLON و PEEK

کاربردهای نظامی و دفاعی برای پلیمرهای فوق کارآمد

پیشرانه‌های عجیب، فرسایش، تنش‌های ارتعاشی بالا، دما، شرایط شدید محیطی،EMI/RFI  و قرار گرفتن درمعرض تشعشع و الزامات تحمل همگی در استفاده از مواد پلاستیکی فوق کارآمد در کاربردهای نظامی و دفاعی نقش دارند. دقت و عملکرد دقیق در شرایط سخت برای سلاح‌های پیشرفته مانند پرتاب کننده‌های موشکی پرتابل ضروری است. وزن سبک نیز یک عامل مهم در تسلیحاتی است که توسط پرسنل درحال حرکت حمل و پرتاب می‌شود. اجزاء سیستم‌های پیچیده بصری و هدایت شونده نیز باید ازنظر ابعادی در شرایط محیطی متفاوت از عملکرد بالایی برخورار باشند و در برابر حمل و نقل خشن، پیشرانه‌های تهاجمی، دمای پرتاب و سرعت‌های بالا مقاومت کنند. مقاومت ذاتی در برابر شعله اغلب در لیست مشخصات مواد به کار رفته در ساخت اجزای مورد استفاده در این نوع تجهیزات نظامی ضروری است.

با تکیه بر پلیمرهای فوق کارآمد که مزایای قابل توجهی نسبت به فلزات دارند، می‌توان به راه حل‌هایی برای این چالش‌های مهندسی دست یافت. درمقایسه با فلزات، این پلیمرها در برابر خوردگی ناشی از قرار گرفتن درمعرض طیف وسیعی از مواد شیمیایی، روان کننده‌ها و پیشرانه‌ها مقاوم هستند. آنها همچنین در برابر اثرات رطوبت بیش از حد مقاومت بوده و ثبات ابعادی خود را در رطوبت و درجه حرارت شدید حفظ می‌کنند. همه این مزایا باتوجه به احتمال قرار گرفتن طولانی مدت درمعرض انواع شرایط آب و هوایی بسیار ضروری هستند. از آنجایی که پلیمرهای فوق کارآمد بسیار سبک‌تر از فلزات هستند، قابلیت حمل سلاح را نیز بهبود بخشیده و استقرار سریع از مکانی به مکان دیگر که در میدان نبرد اهمیت بالایی دارد را تسهیل می‌کنند.

گریدهای تورلون پلی آمید (Torlon PAI) و پلی اتر کتون (PEEK) تقویت شده با فیبر کربن و الیاف شیشه از استحکام ساختاری فوق العاده بالایی برخوردار هستند. همچنین با داشتن ضریب پایین نرخ انبساط حرارتی لاینر قابل مقایسه با فلزات، ثبات ابعادی در اجزای دقیق را در هر دو انتهای طیف دما ایجاد می کنند. پلی اتر کتون و تورلون پلی آمید همچنین استحکام ساختاری خود را در مجاورت با حداکثر سطوح گرمای شدید ناشی از شلیک مکرر سلاح حفظ می‌کنند. یک عامل کلیدی در انتخاب PEEK وTorlon PAI  در صنایع نظامی این است که برای هدایت و اطمینان از دقت در پرتابگرهای موشکی قابل حمل که نیاز به تحمل ابعادی دقیق دارند بسیار مناسب هستند. رادوم‌ها، سامانه جرقه زنی، بال‌ها و تکیه گاه‌های کابل ازجمله کاربردهای این پلیمرهای فوق کارآمد در موشک‌های مستقر در سکوهای قابل حمل و ثابت و سایر سلاح‌های هدایت شونده هستند. سیستم‌های تسلیحاتی پیچیده از تورلون پلی آمید (Torlon PAI)، پلی اتر کتون (PEEK)، پلی استایرن (PS)، Ryton R-4 PPS و سایر پلیمرهای فوق کارآمد باهدف استحکام و پایداری ساختاری تحت شرایط عملیاتی بسیار متفاوت و شدید استفاده می‌کنند. این مواد پلیمری ثابت کرده‌اند که می‌توانند در برابر سلاح‌ها و سیستم‌های تسلیحات پیشرفته مقاومت کنند.

کاربرد پلیمرهای فوق کارآمد در هواپیماهای نظامی

پلیمرهای فوق کارآمد در ارائه راه‌حل‌هایی برای رفع چالش‌های مرتبط با مهندسی اجزای هواپیمای نظامی پیچیده سابقه درخشانی دارند. شرایط معمول عملیاتی مستلزم مواد سبک وزنی است که در مجاورت گرمای شدید موتورهای جت و ازطریق تغییرات سریع و شدید دمای اتمسفر تجربه شده در پرواز، مقاوم و ازنظر ابعادی نیز ثابت باقی بمانند. حفاظ الکترونیکی و عایق الکتریکی و حرارتی برای عملکرد سیستم‌ها ضروری است. تنش‌های حین پرواز و نیروهای شتاب، کاهش سرعت و فرود مستلزم آن است که قطعات سطوح بالایی از مقاومت و استحکام ضربه بالایی برخوردار باشند. پیشرانه‌های موشک و سوخت جت موجب نیاز مازاد برای مقاومت شیمیایی بدون سازش در مواد مورد استفاده در اجزای هواپیما می‌شوند. با این حال، استثنائاتی وجود دارد که در آن این پلیمرهای فوق کارآمد ممکن است به رفع کاستی‌های پیش بینی نشده ناشی از اجزای فلزی کمک کنند.

به عنوان مثال، اتصالات سوخت در مخازن سوخت کمکی جنگنده اف-16 از فولاد ضد زنگ ساخته شده‌اند. تانک‌های کمکی مزیت تاکتیکی مهمی را برای جنگنده جت در افزایش برد تا 50 درصد فراهم می‌کنند. اتصالات فلزی خیس شده مورد استفاده با مخازن اصلی درصورت برخورد صاعقه ناامن تلقی می‌شوند. مهندسان به جای دنبال کردن یک مسیر پرهزینه و نامشخص برای عایق‌سازی قطعات فلزی، چالش یافتن ماده‌ای را به عهده گرفتند که مستقیما جایگزین اجزای فلزی شود. این ماده باید در برابر تخریب و شکنندگی ناشی از قرار گرفتن درمعرض سوخت جت مقاومت کند؛ ارتعاشات سنگین را بدون شکست تحمل کند؛ ابعاد خود را در دمای 400 درجه فارنهایت (200 درجه سانتیگراد) درطول پرواز پس سوز نیز حفظ کند. با این حال، تورلون 4203L تنها ماده با بهترین ترکیب از خواص برای برآورده کردن این نیازها است. همچنین ازSeamless Tube®  به عنوان ماده‌ای برای ماشینکاری اتصالات استفاده می‌شود. قطعات تورلون 4203L که از لوله بدون درز اکسترود شده ماشین کاری شده‌اند، سطوح تنش ذاتی کمتر و چقرمگی و استحکام بالاتری نسبت به قطعات قالب گیری تزریقی دارند. تولید اتصالات از لوله بدون درز به جای میله جامد همچنین تلفات مواد را به حداقل رسانده و موجب صرفه جویی قابل توجهی در زمان ماشینکاری خواهد شد.

کاربرد تورلون پلی آمید، پلی اتر کتون و ریتون R-4 در هواپیماهای نظامی کاملا شبیه به هواپیماهای تجاری است. آنها شامل اتصالات الکتریکی، بلوک‌های ترمینال و محفظه‌های سبک با ثبات ابعادی، استحکام، مزایای محافظ و خواص الکتریکی هستند که از مشخصه‌های کلیدی این پلیمرها محسوب می‌شوند. بوش‌ها، بلبرینگ‌ها، غلطک‌ها، چرخ‌دنده‌ها، پره‌ها، قطعات متحرک و کشویی مشابه نیز از گریدهای مقاوم در برابر یاتاقان و سایش باهدف دستیابی به عملکرد طولانی‌مدت در شرایط سخت تولید می‌شوند.

پلیمرهای فوق کارآمد در کشتی‌های دریایی

تعریف یک منطقه کاربردی برای پلیمرهای فوق کارآمد که در آن قابلیت اطمینان سیستم‌ها و اجزای آن ضروری‌تر از زیردریایی‌های هسته‌ای است، چالش سختی است. اهمیت و ضرورت قابلیت اطمینان و ایمنی در جایگاه اول قرار دارد. محیط عملیاتی نیروی محرکه هسته‌ای، تقاضاهای منحصر به فردی را برای مواد و اجزای مورد استفاده در مجاورت آن ایجاد می‌کند. تعیین اینکه چگونه مقدار تابش مواجه شده در هر کاربرد بر خواص پلیمرها تأثیر می‌گذارد، به عنوان یک عامل کلیدی در انتخاب مواد رتبه بندی می‌شود.

در آزمایشات سطوح بالای پرتاب، برخی از مواد پلاستیکی افت شدیدی در خواص مکانیکی داشتند. پیامدهای آن از دست دادن استحکام و شکل‌پذیری است که نشان‌دهنده احتمال بالای شکست تحت فشار یا بارهای ضربه‌ای است. در آزمایش انجام شده و تایید شده توسط مرکز آموزشی ساخت کامپوزیت امریکا، طیف گسترده‌ای از مواد ترموپلاستیک ازجمله تورلون پلی آمید و پلی اتر کتون در سطوح نوردهی از 103 تا 109 مایل آزمایش شدند. فقط تعداد انگشت شماری از مواد در سطوح 106 و بالاتر موفق عمل کردند. تورلون پلی آمید 5030 که یک پلیمر تقویت شده با 30 درصد الیاف شیشه و به شکل اکسترود شده است، با موفقیت سطح خواص مکانیکی لازم را برای گذراندن آزمایش آژانس در 109 راد حفظ کرد؛ بالاترین سطح مورد استفاده در ارزیابی مواد پلیمری.

علاوه بر عملکرد قابل اعتماد پلیمرهای فوق کارآمد در کاربردهای مشابه، ضرورت حفظ سازه در مواجهه با تشعشع، مهندسان نیروی دریایی ایالات متحده را بر آن داشت تا از تورلون پلی آمید در ساخت دریچه‌های توپ و زیردریایی‌های هسته‌ای خود استفاده کنند. تورلون پلی آمید با مقاومت استثنایی در برابر اثرات تشعشع، استحکام فشاری، چقرمگی و مقاومت سایشی بالایی به خوبی می‌تواند از سازه نظامی محافظت کند.