Le applicazioni per aeromobili e 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 aeronautici sono altrettanto diversi. Indipendentemente dal componente o dal sistema, l’affidabilità è fondamentale e la leggerezza e la progettazione efficiente dello spazio sono priorità sempre presenti.

Le condizioni operative comprendono l’esposizione a carburanti per jet, prodotti chimici antighiaccio e lubrificanti. Variazioni di temperatura estreme, sollecitazioni elevate e carichi sui cuscinetti, nonché la necessità di isolamento termico ed elettrico e di trasparenza o schermatura EMI/RFI sono tra le numerose sfide che si presentano nella scelta del materiale ottimale per i componenti degli aerei.

Questi criteri di prestazione per la progettazione di precisione dei componenti aeronautici 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 resistenza meccanica e 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’elevata 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 dell’aereo 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 fissate al gruppo cerniera della porta svolgono un ruolo fondamentale nel funzionamento preciso di queste porte. Il Torlon 4301 PAI è stato all’altezza delle richieste. Le boccole prodotte con questo tipo di PAI mantengono la loro resistenza e stabilità a temperature comprese tra -40o e 500oF (-40o e 260oC) e presentano una bassa usura da attrito durante il funzionamento senza lubrificazione.

I componenti utilizzati negli attuatori e nei comandi, 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 refrigerazione, 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 coniugano leggerezza e resistenza alle alte temperature con la stabilità dimensionale e l’isolamento termico ed elettrico necessari per questi componenti di precisione.

Nei componenti dei sistemi di propulsione, Torlon PAI e PEEK combinano un’eccezionale resistenza chimica e un’elevata forza con l’ulteriore vantaggio della riduzione del peso, un obiettivo fondamentale 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 tubature idrauliche attraverso i serbatoi del carburante anziché intorno ad essi avrebbe consentito una sostanziale riduzione del 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. La soluzione è stata Torlon 4203 PAI. 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 -40o a 350oF (da -40o a 177oC).

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 conduttività 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 di 500°F e resistono all’usura senza lubrificazione.
  • Le viti in Torlon 4203 offrono 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 versamenti di carburante e da sghiaccianti.
  • I raccordi per il carburante e l’aria lavorati da 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. Tra questi vi sono il freddo estremo, gli effetti dell’assenza di gravità e il potenziale per
degassamento nel vuoto
improvvise e severe transizioni da alte a basse temperature, propellenti e sostanze chimiche esotiche, sollecitazioni, vibrazioni e carichi più 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 radiazione 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.

Ciò è stato confermato da un rapporto dell’American Composites Manufacturing Learning Center, che ha condotto test per determinare come le radiazioni possano degradare le proprietà fisiche di un ampio gruppo di termoplastici. I test sono stati eseguiti 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 prova. Anche il Victrex PEEK, un altro polimero convertito da Drake Plastics in forme di 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 configurazioni Seamless Tube® uniche ed efficienti, ha dimostrato un’impressionante conservazione delle proprietà a108 rads.

Un altro vantaggio significativo di Torlon PAI e PEEK rispetto a molti altri polimeri per le applicazioni spaziali è la riduzione 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 (Total Mass Loss) inferiori all’1% e un CVCM (Collected Volatile Condensable Material) inferiore allo 0,1%. I materiali termoplastici con questi bassi livelli sono particolarmente importanti in molte applicazioni aerospaziali critiche per prevenire 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’uso di Torlon PAI e PEEK nelle applicazioni aerospaziali è la loro capacità di mantenere la tenacità e la duttilità alle temperature criogeniche che i componenti critici sperimentano 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 di prestazione per i materiali utilizzati in componenti, utensili, linee per liquidi e gas, accoppiamenti e altre applicazioni.

Con un elenco crescente 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 Drake ad altissime prestazioni nei veicoli spaziali

  • Ingranaggi a settori in Torlon 7130 ad alta resistenza e stabilità dimensionale per l’installazione delle antenne solari satellitari
  • Isolatori e isolatori in Torlon 4203 e PEEK fungono da eccellenti barriere termiche ed elettriche.
  • La ferramenta di montaggio in Torlon PAI e PEEK assicura tutto, dalle antenne alle finestre, alle tubazioni 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 in gradi di 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 di Torlon 4301 in condizioni estreme.