I propellenti esotici, l’ablazione, l’elevata forza g e le vibrazioni, le temperature, le condizioni atmosferiche e ambientali estreme, l’esposizione a EMI/RFI e alle radiazioni e i requisiti di tolleranza di precisione sono tutti fattori che influiscono sulle applicazioni militari e della difesa per i materiali plastici ad alte prestazioni. I polimeri ad altissime prestazioni di Drake hanno accumulato un’impressionante esperienza e decenni di successi nel fornire soluzioni a queste sfide.
I polimeri ad altissime prestazioni nei sistemi d'arma di Drake
L’accuratezza della precisione e le prestazioni impeccabili e affidabili in condizioni estreme sono essenziali per armi avanzate come i lanciamissili portatili. La leggerezza è un fattore importante anche per le armi che vengono trasportate e lanciate da personale in movimento. I componenti dei complessi sistemi di puntamento e guida devono rimanere dimensionalmente stabili in condizioni ambientali molto diverse e resistere a manipolazioni brusche, propellenti aggressivi, temperature di lancio e velocità elevate. La resistenza intrinseca alla fiamma è spesso un requisito nell’elenco delle specifiche dei materiali per i componenti utilizzati in questo tipo di attrezzature militari.
I polimeri ad altissime prestazioni di Drake Plastics forniscono da decenni soluzioni a queste sfide ingegneristiche, spesso offrendo vantaggi significativi rispetto ai metalli. I profili di proprietà unici dei diversi gradi di Torlon PAI, Victrex e Solvay KetaSpire® PEEK, Ryton R-4 PPS e Ultem PEI offerti da Drake sotto forma di forme lavorabili e parti lavorate e stampate a iniezione offrono una serie di opzioni di materiali e produzione. In questo modo gli ingegneri hanno l’opportunità di abbinare i requisiti dei componenti delle armi che stanno progettando al materiale e al metodo di produzione dei componenti ottimali, in grado di offrire la combinazione più efficiente ed efficace di prestazioni e costi.
Rispetto ai metalli, questi polimeri ad altissime prestazioni resistono alla corrosione dovuta all’esposizione a una vasta gamma di sostanze chimiche, lubrificanti e propellenti. Inoltre, resistono agli effetti dell’umidità eccessiva e mantengono la loro stabilità dimensionale in presenza di umidità e temperature estreme. Tutti questi vantaggi sono essenziali data la probabilità di un’esposizione prolungata a diverse condizioni atmosferiche. Poiché sono molto più leggeri dei metalli, migliorano anche la portabilità dell’arma e facilitano il rapido dispiegamento da un luogo all’altro, un requisito di routine sul campo.
I gradi Torlon PAI e PEEK rinforzati con fibre di carbonio e vetro hanno una resistenza strutturale e una rigidità eccezionalmente elevate. Grazie al basso coefficiente di espansione termica del rivestimento, paragonabile a quello dei metalli, offrono stabilità dimensionale nei componenti di precisione a entrambi gli estremi dello spettro di temperatura. Inoltre, mantengono la loro resistenza strutturale anche in prossimità di picchi di calore intenso causati da ripetuti spari. Questa combinazione di elevata resistenza e stabilità è stata un fattore chiave per la scelta dei componenti che richiedono tolleranze dimensionali precise per guidare e garantire l’accuratezza dei lanciamissili portatili.
Radome, coppe di accensione, alette, ali e supporti per cavi sono tra le applicazioni di questi polimeri ad alte prestazioni nei missili dispiegati da piattaforme portatili e fisse e in altre armi guidate. I complessi sistemi d’arma sfruttano il Torlon PAI, il PEEK, il Ryton R-4 PPS e altri polimeri ad alte prestazioni di Drake Plastics per la resistenza strutturale e la stabilità in condizioni operative molto diverse e severe. Questi materiali polimerici, che Drake fornisce come forme e parti lavorabili, hanno dimostrato di poter resistere alle esigenze di armi e sistemi d’arma avanzati con oltre due decenni di prestazioni di successo.
Applicazioni per aerei militari nei polimeri ad alte prestazioni di Drake
I polimeri ad altissime prestazioni di Drake hanno ottenuto una solida esperienza nel fornire soluzioni alle sfide associate alla progettazione di complessi componenti di aerei militari. Le condizioni operative di routine richiedono materiali leggeri che rimangano rigidi e dimensionalmente stabili in prossimità dell’intenso calore dei motori a reazione e dei rapidi ed estremi cambiamenti di temperatura atmosferica che si verificano in volo. La schermatura elettronica e l’isolamento elettrico e termico sono essenziali per garantire prestazioni di sistema senza compromessi. Le sollecitazioni in volo e le forze di accelerazione, decelerazione e atterraggio richiedono che i componenti mantengano alti livelli di rigidità e resistenza agli urti. I propellenti per missili e i carburanti per jet impongono ai materiali utilizzati nei componenti degli aerei l’ulteriore requisito di una resistenza chimica senza compromessi. Le applicazioni lavorate e stampate a iniezione con la gamma di formulazioni di Torlon PAI, Victrex e Solvay KetaSpire PEEK, Ryton R-4 PPS e Ultem PEI hanno dimostrato la loro efficacia nell’affrontare queste sfide.
Nella maggior parte dei casi, i componenti sono progettati in Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS e Ultem PEI di Drake fin dalla fase iniziale di progettazione. Tuttavia, ci sono eccezioni in cui questi polimeri ad altissime prestazioni hanno fornito soluzioni a difetti imprevisti riscontrati con i componenti metallici.
Ad esempio, i raccordi per il carburante dei serbatoi ausiliari dei jet F-16 erano originariamente realizzati in acciaio inossidabile. I serbatoi ausiliari forniscono al caccia un importante vantaggio tattico, estendendo il suo raggio d’azione del 50%. I collegamenti in metallo bagnato utilizzati con i serbatoi originali sono stati ritenuti poco sicuri in caso di fulmini. Piuttosto che seguire la strada costosa e incerta del tentativo di isolare le parti metalliche, gli ingegneri hanno accettato la sfida di trovare un materiale che potesse sostituire direttamente i componenti metallici. Il materiale doveva resistere alla degradazione e all’infragilimento causati dall’esposizione al carburante dei jet, sopportare le forti vibrazioni senza cedimenti e mantenere la sua rigidità e le sue dimensioni in caso di escursioni termiche fino a 400°F (200°C) durante il volo con il postbruciatore. Il team di sviluppo di Drake ha collaborato con gli ingegneri del velivolo e ha individuato nel Torlon 4203L il materiale con la migliore combinazione di proprietà per soddisfare i loro requisiti. Hanno quindi specificato il Seamless Tube® di Drake come forma di materiale da utilizzare per la lavorazione dei raccordi. I pezzi di Torlon 4203L lavorati dall’estruso Seamless Tube® hanno mostrato livelli di stress intrinseco più bassi e una maggiore tenacità e resistenza rispetto ai pezzi stampati a iniezione. La produzione dei raccordi con il tubo senza saldatura di Drake invece che con la barra piena ha ridotto al minimo la perdita di materiale e ha permesso di risparmiare notevolmente sui tempi di lavorazione. Dal primo raccordo prodotto dalla lavorazione di Drake, tutti hanno superato il rigoroso test di pressione di 650psi (45 bar) richiesto per l’applicazione.
Molte applicazioni militari dei prodotti Drake lavorati e stampati Torlon PAI, PEEK, Ultem PEI e Ryton R-4 PPS sono molto simili a quelle degli aerei commerciali. Si tratta di connettori elettrici, morsettiere e alloggiamenti leggeri in cui la stabilità dimensionale, la resistenza, i vantaggi di schermatura e le proprietà elettriche di questi polimeri sono fattori chiave. Boccole, cuscinetti, rulli, ingranaggi, palette e parti mobili e scorrevoli simili sono prodotti anche con gradi di questi materiali resistenti ai cuscinetti e all’usura per ottenere prestazioni affidabili a lungo termine in condizioni estreme.
I polimeri ad altissime prestazioni di Drake nei componenti delle navi militari
Sarebbe una sfida ardua definire un’area di applicazione dei polimeri ad alte prestazioni in cui l’affidabilità dei sistemi e dei componenti sia più essenziale dei sottomarini nucleari.
L’affidabilità e la sicurezza sono fondamentali.
L’ambiente operativo della propulsione nucleare pone requisiti unici ai materiali e ai componenti utilizzati in prossimità di esso. Determinare in che modo la quantità di radiazioni incontrate in ogni applicazione influisce sulle proprietà dei polimeri è un fattore chiave nella selezione dei materiali.
Sottoposti a test con livelli elevati di rads, alcuni materiali plastici mostrano un forte calo delle proprietà meccaniche. Le conseguenze sono la perdita di resistenza e duttilità, che indica un’alta probabilità di cedimento sotto carichi di stress o di impatto.
Nei test condotti e certificati dall’American Composites Manufacturing Learning Center, una gamma completa di materiali termoplastici, tra cui Torlon PAI, PEEK e Ultem PEI, sono stati testati a livelli di esposizione compresi tra103 e 109 rad . Solo pochi materiali hanno mostrato una conservazione soddisfacente delle proprietà a livelli di106 e superiori. 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 i test dell’agenzia a109 rad, il livello più alto utilizzato per valutare i materiali polimerici. Anche il Victrex PEEK, un altro polimero ad alte prestazioni di Drake per forme e componenti, ha superato i109 rads . Il 30% di PEI Ultem 2300 rinforzato con vetro, che Drake fornisce nelle sue uniche ed efficienti configurazioni Seamless Tube®, ha dimostrato un’impressionante conservazione delle proprietà a108 rads .
Oltre alla sua storia di prestazioni affidabili in applicazioni simili, il mantenimento delle sue proprietà in caso di esposizione alle radiazioni ha spinto gli ingegneri della Marina degli Stati Uniti a specificare Torlon PAI in una serie di progetti di Drake Plastics per le sedi di valvole a sfera e tubi per i suoi sottomarini nucleari. Grazie all’eccezionale resistenza del materiale agli effetti delle radiazioni, Torlon PAI offre e mantiene l’elevata resistenza alla compressione, la tenacità e la resistenza all’usura specificate per questi componenti.
Il team di sviluppo di Drake Plastics ha anche risposto alla sfida della Marina Militare degli Stati Uniti che chiedeva un materiale di lunga durata in una forma che potesse essere utilizzata per le guarnizioni dei tubi di poppa. La soluzione: Drake Seal Segments® prodotti con Torlon PAI. Oggi la crescente flotta di navi della Marina si affida a questi componenti di tenuta a forma di arco per la loro elevata resistenza alla compressione, la tenacia e la resistenza all’usura a lungo termine.
Altre applicazioni dei prodotti polimerici ad alte prestazioni Drake nelle navi militari includono connettori elettrici e prese lavorate con il PPS Ryton R-4 ad alta resistenza e resistente agli agenti chimici. Il materiale offre eccellenti proprietà di isolamento elettrico e termico, necessarie per una serie di questi componenti. Anche la sua resistenza chimica è notevole: non sono noti solventi per il materiale PPS.
I polimeri ad alte prestazioni Drake nei componenti militari e della difesa
- Le alette dei missili portatili lavorate in PEEK rinforzato con il 30% di fibra di carbonio sono leggere, resistenti e rigide e contribuiscono alla portabilità, all’affidabilità e alla precisione delle armi.
- I radomi beneficiano delle proprietà dielettriche, dell’elevata forza e della maggiore resistenza alle temperature del PEEK KetaSpire XT920 GF30 di Solvay rispetto al grado standard di PEEK.
- I supporti dell’antenna sono realizzati in PEEK caricato con fibra di carbonio, utilizzato per le sue eccezionali proprietà di resistenza e conduttività elettrica.
- I connettori elettrici si affidano alla stabilità dimensionale e alle proprietà di isolamento di Ryton R-4 PPS.
- Le boccole e i cuscinetti lavorati con i gradi Torlon PAI e PEEK, resistenti ai cuscinetti e all’usura, garantiscono prestazioni affidabili negli aerei e nelle navi.
- Il serbatoio ausiliario e i raccordi per l’aria lavorati in Torlon 4203 Seamless Tube® estendono l’autonomia di volo dei jet da combattimento.
- Le sedi delle valvole a sfera lavorate in Torlon PAI funzionano in modo affidabile a lungo termine nei sottomarini nucleari e in altre navi militari.
- Le guarnizioni per tubi di poppa composte dai segmenti di tenuta Drake Torlon PAI® servono la crescente flotta di navi militari.
