Le applicazioni dei velivoli e dei veicoli spaziali pongono requisiti davvero unici ai materiali. I polimeri ad altissime prestazioni di Drake Plastics hanno dimostrato la loro capacità di fornire soluzioni a queste sfide straordinarie.

Applicazioni aeronautiche per i materiali polimerici ad altissime prestazioni

Tra tutti i settori industriali, quello aeronautico è uno dei più diversi e complessi per quanto riguarda i componenti e i sistemi. Gli ambienti operativi a cui devono resistere i materiali degli aerei sono altrettanto diversi. Indipendentemente dal componente o dal sistema, l’affidabilità è fondamentale e la leggerezza e l’efficienza del design sono priorità sempre presenti.

Le condizioni operative includono l’esposizione a carburanti per jet, prodotti chimici antighiaccio e lubrificanti. Gli sbalzi di temperatura estremi, le sollecitazioni elevate e i carichi sui cuscinetti, la necessità di isolamento termico ed elettrico e la trasparenza o schermatura EMI/RFI sono tra le tante sfide da affrontare per specificare il materiale ottimale per i componenti degli aerei.

Questi criteri di prestazione per la progettazione di precisione dei componenti degli aerei rappresentano uno scenario ideale per i prodotti polimerici ad altissime prestazioni di Drake. Tra le materie plastiche per applicazioni aeronautiche, i nostri materiali Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, Ultem PEI e AvaSpire PAEK offrono agli ingegneri aeronautici proprietà fisiche superiori in diverse combinazioni per soddisfare i requisiti prestazionali di una vasta gamma di componenti. Tutti questi materiali polimerici offrono livelli unici di forza meccanica e resistenza alla temperatura, resistenza chimica, prestazioni dei cuscinetti e dell’usura, isolamento termico e proprietà di isolamento elettrico per soddisfare in modo efficace ed efficiente i requisiti più esigenti.

Nelle applicazioni aerostrutturali, Torlon PAI e PEEK forniscono l’alta resistenza e l’isolamento termico necessari per ottenere prestazioni affidabili nei rinforzi dei pannelli compositi, compresi i punti duri, gli isolatori termici e i dispositivi di fissaggio. Anche i cuscinetti e i componenti soggetti a usura sfruttano i gradi di resistenza all’usura dei polimeri ad altissime prestazioni per garantire resistenza, lunga durata e precisione di funzionamento.

Ad esempio, le boccole per porte di blocco realizzate in Torlon PAI dimostrano come questo polimero ad altissime prestazioni si comporti nei componenti critici degli aerei in condizioni di temperatura e di carico estreme. Le porte di blocco creano la spinta inversa che rallenta gli aerei a reazione durante l’atterraggio. Le boccole collegate al gruppo di cerniere della porta giocano un ruolo fondamentale nel funzionamento preciso di queste porte. Il Torlon 4301 PAI si è dimostrato all’altezza delle richieste. Le boccole prodotte con questo tipo di PAI mantengono la loro resistenza e stabilità a temperature che vanno da -40° a 500°F (da -40° a 260°C) e presentano una bassa usura da attrito quando funzionano senza lubrificazione.

I componenti utilizzati negli attuatori e nei controlli, nella gestione termica e dell’energia, nei sensori, nella protezione dei cavi e in altri sistemi e applicazioni di supporto si affidano ai polimeri ad alte prestazioni di Drake per una diversa combinazione di proprietà. Questo vale anche per le applicazioni all’interno delle cabine per i sedili, i sistemi di raffreddamento, i sistemi di ossigeno, l’illuminazione, i sistemi di scarico a vuoto e le attrezzature per la movimentazione dei carichi. Torlon PAI, Ultem PEI e PEEK combinano la leggerezza e la resistenza alle alte temperature con la stabilità dimensionale e l’isolamento termico ed elettrico necessari per queste parti di precisione.

Nei componenti dei sistemi di propulsione, Torlon PAI e PEEK combinano un’eccezionale resistenza chimica e un’elevata robustezza con il vantaggio aggiuntivo della riduzione del peso, un obiettivo sempre più diffuso nella progettazione degli aerei. La loro versatilità applicativa può anche contribuire a progettare sistemi innovativi che riducono peso e costi.

Gli ingegneri della Boeing, ad esempio, hanno stabilito che far passare le linee idrauliche attraverso i serbatoi del carburante invece che intorno ad essi avrebbe permesso di ridurre notevolmente il peso dei loro aerei in materiale composito. La sfida consisteva nel fatto che le linee idrauliche dovevano essere isolate con un materiale in grado di resistere a forti quantità di energia termica ed elettrica. Torlon 4203 PAI ha fornito la soluzione. La sua conducibilità termica estremamente bassa isola l’energia termica tra la paratia e il composito. Inoltre, impedisce la formazione di archi elettrici e mantiene la sua resistenza alle temperature richieste dalle applicazioni, da -40° a 350°F (da -40° a 177°C).

Drake Plastics è uno specialista riconosciuto dei polimeri ad altissime prestazioni. La nostra esperienza decennale di collaborazione ha aiutato gli ingegneri a sviluppare soluzioni per la selezione dei materiali e la produzione di componenti per numerose applicazioni aeronautiche come queste.

Applicazioni tipiche dei polimeri ad altissime prestazioni di Drake nei velivoli

  • Isolatori e isolatori in Torlon 4203, PEEK, e Torlon 5030 rinforzato con vetro, GF PEEK e Ryton R-4 PPS offrono eccellenti proprietà di barriera elettrica. I gradi Torlon PAI e PEEK non rinforzati offrono la conducibilità termica più bassa per un isolamento termico ottimale.
  • Gli ingranaggi a settori in Torlon 4203 stampato a iniezione muovono perfettamente le palette di guida dell’ingresso nelle turbine a gas
  • I connettori per batterie in PEEK rinforzato con il 30% di vetro garantiscono l’isolamento elettrico nei sistemi di propulsione
  • Le boccole per porte Blocker in Torlon 4301 sopravvivono a carichi elevati e a temperature fino a 500°F e resistono all’usura senza lubrificazione.
  • Le viti in Torlon 4203 offrono un’elevata resistenza, trasparenza EMI/RFI e peso ridotto rispetto agli elementi di fissaggio metallici.
  • Gli alloggiamenti esterni dei fari in Torlon PAI e PEEK rinforzato con fibre mantengono le dimensioni anche a temperature estreme e resistono ai danni causati da fuoriuscite di carburante e sghiaccianti.
  • I raccordi per il carburante e l’aria lavorati in Torlon 4203 Seamless Tube® estendono l’autonomia di volo dei jet da combattimento
  • Le morsettiere in Ultem 2300 rinforzato con vetro hanno la stabilità dimensionale e le proprietà elettriche necessarie per l’affidabilità dei generatori di bordo.

Materiali polimerici ad altissime prestazioni per i veicoli spaziali

I veicoli spaziali con e senza equipaggio sfruttano molte delle stesse proprietà che hanno reso i polimeri ad altissime prestazioni di Drake Plastics una scelta comprovata per gli aerei. Ma mentre alcuni fattori di prestazione sono comuni, altri entrano in gioco a livelli più intensi e altri ancora sono completamente unici per i veicoli spaziali. Questi includono il freddo estremo, gli effetti della gravità zero e il potenziale di degassamento nel vuoto, passaggi improvvisi e severi da alte a basse temperature, propellenti e sostanze chimiche esotiche, sollecitazioni, vibrazioni e carichi elevati. Torlon PAI e PEEK sono entrambi all’altezza di queste sfide prestazionali per le applicazioni dei materiali nei satelliti e nei veicoli spaziali con e senza equipaggio.

I livelli di radiazioni nello spazio sono un’altra considerazione chiave relativa alle prestazioni a lungo termine dei polimeri in queste applicazioni. Mentre molti materiali si infragiliscono, è dimostrato che Torlon PAI, PEEK e Ultem PEI hanno una resistenza di gran lunga superiore alla degradazione delle proprietà anche a livelli elevati di esposizione alle radiazioni.

Questo è stato confermato da un rapporto dell’American Composites Manufacturing Learning Center, che ha condotto dei test per determinare come le radiazioni possano degradare le proprietà fisiche di un ampio gruppo di materiali termoplastici. I test sono stati effettuati a livelli di esposizione compresi tra103 e109 rad. Il Torlon 5030 PAI ad alta resistenza, un polimero rinforzato con il 30% di vetro estruso in forme e lavorato in parti da Drake Plastics, ha mantenuto il livello di proprietà meccaniche richiesto per superare in modo soddisfacente i test a109 rad, il livello più alto di esposizione previsto dalle procedure di test. Anche il Victrex PEEK, un altro polimero convertito da Drake Plastics in forme stock ad alte prestazioni e in parti lavorate e stampate, ha superato i109 rad. Il PEI Ultem 2300 rinforzato con il 30% di vetro, che Drake fornisce nelle sue esclusive ed efficienti configurazioni Seamless Tube® lavorabili, ha dimostrato un’impressionante conservazione delle proprietà a108 rads.

Un altro vantaggio significativo del Torlon PAI e del PEEK rispetto a molti altri polimeri per le applicazioni nei veicoli spaziali è l’attenuazione delle preoccupazioni relative al degassamento nel vuoto in ambienti a gravità zero. Sulla base di test approfonditi, alcuni gradi specifici di questi due polimeri si qualificano come materiali a basso degassamento, con livelli di TML (perdita di massa totale) inferiori all’1% e un CVCM (materiale condensabile volatile raccolto) inferiore allo 0,1%. I materiali termoplastici con questi bassi livelli sono particolarmente importanti in molte applicazioni aerospaziali critiche per evitare la contaminazione causata dal degassamento in ambienti ad alto vuoto. La NASA include i gradi selezionati di Torlon PAI e PEEK e le specifiche sui risultati dei loro test nell’elenco dei materiali a basso degassamento che l’agenzia mantiene per le applicazioni nei veicoli spaziali.

Un altro fattore determinante per l’utilizzo di Torlon PAI e PEEK nelle applicazioni aerospaziali è la loro capacità di mantenere la tenacità e la duttilità alle temperature criogeniche a cui sono sottoposti i componenti critici in questo ambiente. Dato il rischio di urti accidentali in spazi di lavoro ristretti, temperature estreme e condizioni di assenza di gravità nello spazio, la resistenza alla rottura è in cima alla lista delle priorità delle prestazioni dei materiali utilizzati in componenti, utensili, linee per liquidi e gas, accoppiamenti e altre applicazioni.

Con il loro crescente elenco di successi applicativi, Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, PEEK HT per alte temperature e Ultem PEI stanno dimostrando il loro valore come materiali leggeri e affidabili ad alte prestazioni per i componenti dei veicoli spaziali. La famiglia completa di materiali polimerici leggeri di Drake Plastics offre agli ingegneri la possibilità di scegliere la combinazione ottimale di forza, stabilità, proprietà di supporto e usura e resistenza chimica e alla temperatura più adatta alle loro esigenze applicative. In particolare, la tenacità dei polimeri Torlon PAI e PEEK a temperature criogeniche, unita alle loro qualità di basso degassamento e alla resistenza alla degradazione delle proprietà dovuta all’esposizione ad alti livelli di radiazioni, li ha già resi i materiali preferiti per un’ampia varietà di componenti aerospaziali.

Applicazioni tipiche dei materiali ad altissime prestazioni di Drake nei veicoli spaziali

  • Gli ingranaggi a settori in Torlon 7130, ad alta resistenza e stabilità dimensionale, servono per l’installazione delle antenne solari satellitari
  • Gli isolanti e gli isolatori in Torlon 4203 e PEEK fungono da eccellenti barriere termiche ed elettriche.
  • La ferramenta di montaggio in Torlon PAI e PEEK fissa qualsiasi cosa, dalle antenne alle finestre, alle tubature di gas e fluidi e ai pannelli isolanti.
  • Gli elementi di fissaggio e le viti in Torlon 4203 resistono alla degradazione dovuta all’esposizione alle radiazioni, mantengono un’elevata resistenza e sono più leggeri rispetto a quelli realizzati in metallo.
  • I componenti hardware dei satelliti in Ultem PEI garantiscono un’elevata resistenza e una schermatura EMI/RFI
  • Gli spessori antiusura nei cuscinetti di PEEK e Torlon PAI mantengono la funzionalità dei sistemi di propulsione satellitare in orbita
  • Le guarnizioni delle valvole di ossidazione e le boccole dei motori a razzo si affidano alla resistenza chimica, alla forza e alla stabilità dimensionale del Torlon 4301 in condizioni estreme.