شش فناوری پلیمری برای بخش هوافضا

6 روند فناوری در مواد پلیمری برای بخش هوافضا

پلیمرها به طور فزاینده‌ای در هواپیماها و فضاپیماها با هدف کاهش وزن، افزایش کیفیت و کاهش هزینه‌های تولید و نگهداری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اینجا، هدف از این محتوا بررسی مختصری از برخی روش‌های فناورانه مواد پلیمری در صنعت هوافضا است.

1. نقش پلاستیک‌های ضدمیکروبی سازگارتر با مواد ضد عفونی ‌کننده در فضای داخلی هواپیما

روش‌های تمیز کردن و ضدعفونی سطوح داخلی هواپیما می‌تواند به سرعت پلاستیک‌های سنتی را تخریب کند. پلاستیک‌های جدید که مقاوم در برابر میکروب و مواد ضدعفونی‌ کننده هستند، ابتدا برای استفاده در بیمارستان‌ها توسعه یافته بودند اما امروزه، در فضای داخلی هواپیماها نیز کاربرد دارند. این مواد به گونه‌ای فرموله شده‌اند که استانداردهای سختگیرانه شعله، دود، سمیت و آزادسازی گرما مورد نیاز برای هواپیماهای تجاری را برآورده کنند.

2. تعیین کامپوزیت‌های ترموپلاستیک با استحکام بالا باهدف کاهش وزن و بهبود راندمان سوخت

سازه‌های هوافضایی که به استحکام و سختی بالا نیاز دارند، به طور سنتی از فلزات یا کامپوزیت‌های ترموست ساخته شده‌اند. با این حال، این مواد محدودیت‌های قابل توجهی دارند. از آنجا که فلزات سنگین هستند، استفاده از آنها در کاربردهای هوافضایی حساس به وزن محدود است. ازطرفی، کامپوزیت‌های ترموست اغلب شکننده هستند و معمولا مقاومت شیمیایی ضعیفی از خود نشان می‌دهند. علاوه براین، ساخت آنها نیز دشوار است. اکثر کامپوزیت‌های ترموست برای استفاده در دمای بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد نامناسب هستند.

دسته جدیدی از کامپوزیت‌های ترموپلاستیک که توسط شرکت‌هایی مانند انزینگر توسعه یافته‌اند، مقادیر استحکام و مدول (سفتی) قابل مقایسه‌ای با فلزات و ترموست‌ها دارند. این فناوری شامل جاسازی الیاف پیوسته شیشه یا کربن در یک ماتریس پلیمری ترموپلاستیک است که معمولا از پلی‌ اتر اترکتون (PEEK) و یا اولتم (PEI) (پلی ‌اتریمید) تشکیل شده است. از آنجایی که ماتریس از پلاستیک‌های با عملکرد بالا و پایدار در برابر حرارت ساخته شده است، این کامپوزیت‌ها را می‌توان در دماهای بالا استفاده کرد.

علاوه براین، کامپوزیت‌های ترموپلاستیک مزایای بسیاری در ارتباط با ترموپلاستیک‌ها دارند ازجمله شکل ‌پذیری، مقاومت در برابر خستگی، میرایی ارتعاش و مقاومت در برابر سوخت‌ها، روان‌ کننده‌ها و مواد شیمیایی پاک‌ کننده. ورق‌های ساخته شده از این مواد را می‌توان به سرعت با استفاده از ابزارهای فلزی گرم ‌شده به قطعات نهایی تبدیل کرد و هزینه‌های تولید را کاهش داد.

3. انتخاب پلاستیک‌هایی که با سیگنال‌های فرکانس رادیویی (RF) برای رادوم‌های ارتباطی با کارایی بالا تداخل نداشته باشند

گسترش وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV)، پهپادها و ماهواره‌هایی که برای عملیات پرواز به سیگنال‌های RF متکی هستند، تقاضا برای ساخت آنتن‌های بسیار قابل اعتماد را افزایش داده است. عملکرد بهینه آنتن مستلزم آن است که رادوم پلاستیکی سیگنال RF را در محدوده فرکانس مورد نیاز و محدوده دمای عملیاتی دستگاه به طور قابل توجهی تضعیف نکند. پلاستیک‌های مهندسی تخصصی با ثابت‌های دی ‌الکتریک پایین، ضرایب اتلاف کم و چقرمگی، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و قابلیت شکل‌ دهی حرارتی افزایش یافته استفاده روزافزونی در رادوم‌های آنتن محافظ دارند.

4. انتخاب پلاستیک‌های بادوام مقاوم در برابر دمای بالا برای جدا کردن سطوح فلزی به منظور بهبود قابلیت اطمینان

اتصالات فلز به فلز اغلب به دلیل مشکلات ذاتی که سطوح فلزی جفت شده درمعرض لرزش و یا سایش لغزشی قرار می‌گیرند، نقاط شکست در قطعات هواپیما به شمار می‌روند. طراحان به طور فزاینده‌ای از مواد پلی آمید سخت و با کارایی بالا برای کاربردهایی مانند کوپلینگ‌های اسپلین و عناصر ضد چرخش بست قفل برای جدا کردن قطعات فلزی استفاده می‌کنند. افزودن یک عنصر پلیمری به مجموعه می‌تواند عمر مفید را افزایش داده و فواصل بین تعمیر و نگهداری مورد نیاز را نیز طولانی‌تر کند. به منظور اتصالات اسپلین که نیرو را ازطریق شفت‌های فلزی چرخان متصل به سیستم‌های مختلف هواپیما منتقل می‌کنند، کوپلینگ‌های دمای بالا ساخته شده از پلی‌ آمید بین اسپلین‌های فلزی جفت شده نصب می‌شوند تا عملکرد قطعه روان‌تر و عمر آن طولانی‌تر شود. این رویکرد، سایش اسپلین را در هنگام ناهم‌ ترازی شفت‌های چرخان به حداقل می‌رساند. شکل ‌پذیری پلیمر امکان ناهم ‌ترازی شفت را بدون فشار بیش از حد بر شفت‌های فلزی، یاتاقان‌ها یا موتورهای محرک فراهم می‌کند.

در بست‌های قفل هوافضا، پلی‌ آمید به عنوان یک عنصر قفل‌ کننده‌ی شکل ‌پذیر در مهره‌ها یا پیچ‌ها استفاده می‌شود تا از چرخش ناخواسته بدون آسیب رساندن به بست فلزی جفت ‌شده درحین مونتاژ یا جداسازی برای تعمیر و نگهداری جلوگیری شود. این عنصر پلیمری همچنین از ساییدگی مرتبط با طرح‌های بست قفل تمام فلزی جلوگیری می‌کند. در هر دو مثال، شکل‌ پذیری و ویژگی‌های سایشی پلیمر، مشکلات مرتبط با تماس فلز با فلز را کاهش می‌دهد.

5. انتخاب پلاستیک‌هایی با قابلیت اشتعال پایین و مقاومت دی ‌الکتریک بالا برای عایق الکتریکی

پلاستیک‌ها مدت‌هاست که ماده‌ انتخابی برای کاربردهایی هستند که نیاز به خواص عایق الکتریکی دارند. سیستم‌های الکتریکی هواپیماهای نظامی و غیرنظامی مدرن بسیار چالش برانگیز هستند. عایق‌های پلیمری علاوه بر مقاومت دی‌ الکتریک خوب و مقاومت در برابر قوس، باید در برابر سوخت‌ها و روان‌ کننده‌های هواپیما نیز مقاوم باشند، در برابر لرزش، سایش و خستگی مقاومت کرده و اشتعال پذیری عالی داشته باشند. عایق‌های پلاستیکی در هواپیما همچنین باید عملکرد خوبی در طیف وسیعی از دما، از سرمای شدید در ارتفاعات کروز تا گرمای شدید نزدیک موتورهای جت داشته باشند. طراحان سیستم الکتریکی هواپیما اکنون از فلوروپلیمرهایی مانند پلی تترا فلورواتیلن (PTFE)، اتیلن پروپیلن فلوئوردار (FEP) و پرفلوروآلکوکسی (PFA) را به همراه سایر ترموپلاستیک‌های با کارایی بالا برای کاربردهای الکتریکی هوافضا ازجمله عایق‌های براکت، لوله‌های انقباض حرارتی و عایق سیم انعطاف ‌پذیر استفاده می‌کنند.

6. استفاده از پلیمرهای نوآورانه برای ایجاد فضای داخلی هواپیماهای درجه یک

هواپیماهای تجاری درحال لوکس‌تر شدن هستند و فضای داخلی آنها با لابی‌های هتل‌های لوکس رقابت می‌کند. به طور سنتی، الگوهای چاپ شده روی فضای داخلی هواپیما مشکل ‌ساز بودند زیرا نقاط پر رفت و آمد به دلیل سایش و تمیز کردن مکرر به سرعت تخریب می‌شدند. فناوری‌های جدیدتر مانند فرآیند تصویربرداری تزریقی برای ترموپلاستیک‌‌های KYDEX به طراحان این امکان را می‌دهد تا با استفاده از تصاویر درون ماده، نه روی آن، محیط‌های سفارشی ایجاد کنند. پیشرفت‌های قابل توجهی نیز در مواد لنز پلاستیکی به منظور مدیریت و انتقال نور در هواپیماهای تجاری حاصل شده است. فرمولاسیون‌های پلیمری جدید، انتقال نور بالا، انتشار خوب و کنترل دقیق رنگ را برای روشنایی LED امکان ‌پذیر می‌سازند. مدیریت نور با استفاده از پلاستیک‌های با کارایی بالا همچنین تاثیر مثبتی بر زیبایی ‌شناسی فضاهای داخلی هواپیما دارد.

به طور خلاصه، استفاده از پلیمرها در فناوری هوافضای مدرن، از سازه‌های کامپوزیتی با عملکرد بالا گرفته تا اجزای عملکردی حیاتی، به امری ضروری تبدیل شده‌اند. به ویژه در حوزه‌های ایمنی-بحرانی، طراحی و کاربرد مواد مقاوم در برابر شعله از اهمیت بالایی برخوردار است. چه PA برای اتصالات و عایق سیم باشد و چه EVA برای فضای داخلی و بسته ‌بندی، این مواد باید استانداردهای سختگیرانه‌ای را برای مقاومت در برابر شعله، دود کم، سمیت کم و عملکرد عالی مکانیکی و محیطی رعایت کنند. این مواد نه تنها دارای راندمان مقاوم در برابر شعله فوق‌ العاده هستند بلکه چقرمگی، فرآیند پذیری و دوام را نیز متعادل می‌کنند. آنها با موفقیت در قطعات مهم مختلف همچون اجزای داخلی هواپیما، سیستم‌های الکتریکی و حفاظت از تجهیزات به کار گرفته شده‌اند و پشتیبانی قوی را برای افزایش ایمنی، قابلیت اطمینان و عملکرد سبک وزن وسایل نقلیه هوافضا نیز فراهم می‌کنند.