بهترین پلیمر در فرآیند تولید قطعات هوافضا

انتخاب بهترین پلیمر و فرآیند تولید برای کاربردهای هوافضا

اگر شما یک مهندس در صنعت هوافضا هستید، بایستی به دنبال کار با موادی باشید که بتوانند در شرایط سخت مقاومت کرده و درعین حال دقت، ایمنی و قابلیت اطمینان را حفظ کنند. احتمالا می‌دانید که پلاستیک‌های با کارایی بالا به دلیل نسبت استحکام به وزن، مقاومت در محیط‌های سخت و توانایی رعایت استانداردهای سختگیرانه نظارتی، به طور فزاینده‌ای جایگزین فلزات در کاربردهای مختلف می‌شوند. با این حال، چه از روش قالب گیری تزریقی استفاده کنید و چه از روش ماشین‌کاری، انتخاب پلاستیک مناسب مستلزم درک کامل از عملکرد قطعه، شرایط محیطی که با آن مواجه خواهد شد و قابلیت‌های فرایند تولید است.

اگر به اندازه فلزات با این مواد آشنا نیستید، ما شما را در نحوه انتخاب پلیمر بهینه برای کاربرد خاص راهنمایی خواهیم کرد.

ویژگی‌های کلیدی برای کاربردهای هوافضا

اجزای مورد استفاده در هوافضا باید الزامات عملکردی سختگیرانه‌ای را که متناسب با عملکرد مورد نظرشان است، برآورده کنند. قابلیت اطمینان برای قطعات هوافضای حیاتی غیرقابل مذاکره است. درنتیجه، پلاستیک‌های مختلف با کارایی بالا در سراسر هواپیما استفاده می‌شوند که هر کدام به دلیل مزایای خاص خود انتخاب می‌شوند. مهندسان باید فشارهای فیزیکی و محیطی که یک قطعه با آن مواجه می‌شود را، چه این تنش‌ها مداوم باشند و چه متناوب، کاملا درک کنند تا از انتخاب بهینه مواد اطمینان حاصل شود.

برخی از الزامات سختگیرانه عملکرد قطعات هوافضا شامل این چند مورد است:

نسبت استحکام به وزن بالا: کاهش وزن هواپیما موجب افزایش راندمان سوخت و عملکرد کلی می‌شود. بسیاری از پلیمرهای پیشرفته با کاهش وزن قطعه نهایی استحکام قابل مقایسه‌ای با فلزات دارند.

پایداری حرارتی: مواد باید بتوانند در برابر نوسانات شدید دما، از شرایط زیر صفر در ارتفاعات بالا گرفته تا گرمای زیاد در محفظه‌های موتور، مقاومت کنند.

رعایت استاندارد آتش، دود و سمیت (FST): مقررات هوانوردی فدرال 14 CFR 25.853 الزامات ایمنی در برابر آتش را برای فضای داخلی محفظه هواپیما تعیین می‌کند و همچنین 14 CFR 25.855 نیز الزاماتی را برای محفظه‌های بار و چمدان دارد.

مقاومت شیمیایی و خوردگی: قرار گرفتن درمعرض سوخت‌ها، سیالات هیدرولیک، مواد شیمیایی یخ زدا و اشعه ماوراء بنفش، نیاز به موادی با مقاومت شیمیایی بسیار قوی را ایجاب می‌کند.

پایداری ابعادی و قابلیت ماشین‌کاری: قطعات هوافضا نیاز به تلرانس‌های دقیق و پایداری تحت تنش عملیاتی دارند که برخی از پلاستیک‌ها را برای ماشین‌کاری و قالب گیری تزریقی ایده‌آل می‌کند.

عایق الکتریکی: بسیاری از پلیمرها خواص ذاتی غیررسانا دارند که در ساخت محفظه‌های الکترونیکی و کاربردهای سیم کشی ضروری است.

پلاستیک‌های رایج با کارایی بالا در کاربردهای هوافضا

بهترین ماده برای ساخت تجهیزات هوافضا به شرایط استفاده و فرایند تولید آن بستگی دارد. برخی از مواد با قالب گیری تزریقی عملکرد بهتری دارند، درحالی که برخی دیگر برای ماشین‌کاری یا CNC مناسب تر هستند. مهندسان و تولیدکنندگان از چندین پلاستیک با کارایی بالا در کاربردهای هوافضا بهره می‌برند که هرکدام به دلیل خواص منحصر به فرد خود که بایستی الزامات خاصی را برآورده کنند، انتخاب می‌شوند.

پلی اتر اتر کتون: پلی اتر اتر کتون (PEEK) به دلیل نسبت بالای استحکام به وزن، مقاومت حرارتی، شیمیایی و مقاومت در برابر سایش، مورد توجه قرار گرفته و آن را برای قطعات سیستم سوخت، قطعات موتور و مکانیسم‌های کنترل پرواز مناسب می‌سازد. این ماده می‌تواند هم برای تولید در حجم بالا قالب گیری تزریقی شود و هم برای قطعات دقیق ماشین‌کاری شود.

پلی اتریمید (PEI): پلی اتریمید که با نام Ultem® نیز شناخته می‌شود، از مقاومت حرارتی استثنایی، عایق الکتریکی خوب و استحکام بالایی برخوردار است و آن را به یک ماده مناسب برای اجزای داخلی، محفظه‌های الکتریکی و پنل‌های سازه‌ای، عمدتا ازطریق قالب گیری تزریقی، تبدیل می‌کند.

پلی فنیلین سولفید (PPS): پلی فنیلین سولفید به دلیل پایداری در دمای بالا، مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر شعله شناخته شده و در سیستم‌های کانال کشی، اجزای هیدرولیک و عایق بندی استفاده می‌شود. PPS همچنین برای قالب ‌گیری تزریقی مناسب تر بوده و برای قطعات پیچیده‌ای که نیاز به تلرانس‌های دقیق و مقاومت شیمیایی دارند، ایده‌آل است.

پلی ایمید (PI): مقاومت دمایی بسیار بالا، استحکام مکانیکی بالا و انتشار گاز کم پلی آمید آن را برای عایق حرارتی، بوشینگ، یاتاقان و عایق الکتریکی مناسب می‌سازد. همچنین یک پلیمر غیرذوب شونده است؛ بنابراین برای قطعاتی که به روش ماشین‌کاری تولید می‌شوند مناسب است.

پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF): پلی وینیلیدین فلوراید به دلیل مقاومت شیمیایی، خواص مکانیکی خوب و خاصیت ضد شعله بودن انتخاب شده و در سیستم‌های انتقال سیال، آب ‌بندها، واشرها و عایق کابل‌ها استفاده می‌شود. ازطرفی، PVDF را می‌توان هم به صورت تزریقی قالب گیری کرد و هم برای قطعات سفارشی که نیاز به تلرانس‌های دقیق دارند، ماشین‌کاری نمود.

پلی آمید-ایمید (PAI): پلی آمید-ایمید با نام Torlon® نیز شناخته می‌شود، به دلیل استحکام بالا در دماهای بالا و مقاومت سایشی استثنایی ارزشمند است و در ساخت بوش‌ها، یاتاقان‌ها، بست‌ها و اجزای سازه‌ای تحت بار بالا استفاده می‌شود. همچنین به دلیل استحکام بالا، PAI معمولا ماشین‌کاری می‌شود.

پلی بنزیمیدازول (PBI): پلی بنزیمیدازول بالاترین مقاومت حرارتی را در بین ترموپلاستیک‌ها داشته و از خواص سایشی عالی برخوردار است. با این حال برای ساخت قطعات موتور، عایق‌ها و آب بندی‌های دمای بالا ایده‌آل است. PAI همچنین در ساخت قطعات دقیق با کارایی بالا و دمای بالا، بهترین گزینه برای ماشین‌کاری است.

به طور کلی، انتخاب پلیمر مناسب مستلزم درک نیازهای عملیاتی و الزامات انطباق هر کاربرد است. چه در جایگزینی قطعات فلزی برای دستیابی به کاهش وزن و چه در برآورده کردن نیازهای دمایی شدید، متخصصان پلاستیک با مهندسان هوافضا همکاری می‌کنند تا بهترین راه‌حل‌ها را توسعه دهند. پلاستیکی باید انتخاب شود که علاوه بر گرید هوافضا، بتواند هم استانداردهای عملکردی و هم استانداردهای نظارتی را برآورده کند.