异乎寻常的推进剂、烧蚀、高重力和振动应力、温度、天气和极端环境、EMI/RFI 和辐射暴露以及精度公差要求都是高性能塑料材料的军事和国防应用的因素。 Drake 的超高性能聚合物已经建立了令人印象深刻的记录,数十年来在为这些挑战提供解决方案方面取得了成功。

Drake 在武器系统中的超高性能聚合物

极端条件下的精确度和完美可靠的性能对于便携式导弹发射器等先进武器至关重要。 重量轻也是移动人员携带和发射武器的一个因素。 复杂的瞄准和制导系统中的组件必须在广泛不同的环境条件下保持尺寸稳定,并能承受粗暴的操作、腐蚀性的推进剂、发射温度和高速。 固有的阻燃性通常是此类军用设备中使用的组件的材料规格列表中的必要条件。

几十年来,Drake Plastics 的超高性能聚合物一直在为这些工程挑战提供解决方案,通常是通过提供优于金属的显着优势。 Drake 以可加工形状和机加工和注塑成型部件的形式提供的多种不同等级的 Torlon PAI、Victrex 和 Solvay KetaSpire® PEEK、Ryton R-4 PPS 和 Ultem PEI 的独特性能提供了一系列材料和生产选择. 这为工程师提供了将他们正在设计的武器部件的要求与最佳材料和零件制造方法相匹配的机会,从而产生最有效的性能和成本组合。

与金属相比,这些超高性能聚合物可抵抗大量化学品、润滑剂和推进剂的腐蚀。 它们还可以承受过多水分的影响,并在极端湿度和温度下保持尺寸稳定性。 考虑到长时间暴露于各种天气条件的可能性,所有这些好处都是必不可少的。 因为它们比金属轻得多,所以它们还提高了武器的便携性并促进了从一个位置到另一个位置的快速部署——这是该领域的常规要求。

碳纤维和玻璃纤维增强的 Torlon PAI 和 PEEK 等级具有极高的结构强度和刚度。 与金属相比,它们具有低的线性热膨胀率系数,它们在温度谱的两个极端条件下都能为精密部件提供尺寸稳定性。 它们还保持其结构强度接近重复武器射击所产生的高温峰值水平。 这种高强度和稳定性的结合一直是他们选择需要精确尺寸公差以引导和确保便携式导弹发射器精度的组件的关键因素。

天线罩、点火杯、翅片、机翼和电缆支架是这些高性能聚合物在从便携式和固定平台以及其他制导武器部署的导弹中的应用之一。 复杂的武器系统利用 Drake Plastics 的 Torlon PAI、PEEK、 Ryton R-4 PPS和其他高性能聚合物在广泛不同和恶劣的操作条件下实现结构强度和稳定性。 这些由 Drake 提供的可加工坯料形状和零件的聚合物材料已证明它们能够满足先进武器和武器系统的需求,并具有超过 20 年的成功性能。

德雷克高性能聚合物中的军用飞机应用

Drake 的超高性能聚合物在为与工程复杂军用飞机部件相关的挑战提供解决方案方面建立了良好的记录。 常规操作条件要求轻质材料在接近喷气发动机的高温以及飞行中经历的快速和极端大气温度变化时保持刚性和尺寸稳定。 电子屏蔽以及电气和热隔离对于不折不扣的系统性能至关重要。 飞行中的应力和加速、减速和着陆力要求部件保持高水平的刚度和冲击强度。 导弹推进剂和喷气燃料对飞机部件中使用的材料提出了不折不扣的耐化学性要求。 Torlon PAI 、Victrex 和 Solvay KetaSpire PEEK、Ryton R-4 PPS 和Ultem PEI的一系列配方加工和注塑成型的应用已证明它们在应对这些挑战方面的有效性。

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在大多数情况下,从初始设计阶段开始,组件就采用 Drake 的 Torlon PAI、PEEK、Ryton R-4 PPS 和 Ultem PEI 进行设计。 然而,也有例外,这些超高性能聚合物为金属部件遇到的不可预见的缺点提供了解决方案。

例如,F-16 喷气式战斗机的辅助油箱的燃油接头最初由不锈钢制成。 辅助坦克为喷气式战斗机提供了一个重要的战术优势,将其航程扩大了 50%。 与原始储罐一起使用的接液金属接头在发生雷击时被认为是不安全的。 工程师们没有采取昂贵且不确定的方式来尝试使金属部件绝缘,而是接受了寻找可以直接替代金属部件的材料的挑战。 该材料必须能够抵抗因暴露于喷气燃料而导致的退化和脆化,承受剧烈振动而不会失效,并且在加力燃烧室飞行期间温度偏移达到 400 o F (200 o C) 时保持其刚度和尺寸。 Drake 的开发团队与飞机的工程师合作,确定Torlon 4203L是具有最佳性能组合的材料,可以满足他们的要求。 然后,他们指定 Drake 专有的无缝管®作为用于加工连接的材料形式。 由挤压无缝管® 加工而成的 Torlon 4203L 零件表现出比注塑成型零件更低的固有应力水平和更高的韧性和强度。 使用 Drake 的无缝管而不是实心棒生产连接件还可以最大限度地减少材料损失并显着节省加工时间。 从 Drake 的加工操作生产的第一个连接开始,每个连接都通过了应用所需的严格的 650psi (45 bar) 压力测试。

Drake 的机加工和模压 Torlon PAI、PEEK、Ultem PEI 和 Ryton R-4 PPS 的许多军用飞机应用与商用飞机中的应用非常相似。 它们包括电连接器、接线端子和轻型外壳,其中这些聚合物的尺寸稳定性、强度、屏蔽优势和电气性能是关键因素。 衬套、轴承、滚子、齿轮、叶片和类似的运动和滑动部件也由这些材料的轴承和耐磨等级生产,以在极端条件下实现可靠的长期性能。

Drake 在海军舰艇部件中的超高性能聚合物

定义高性能聚合物的应用领域将是一项艰巨的挑战,其中系统和组件的可靠性比核潜艇更重要。

可靠性和安全性至关重要。

核推进运行环境对附近使用的材料和组件提出了独特的要求。 确定每种应用中遇到的辐射量如何影响聚合物的性能是材料选择的关键因素。

在高辐射度的测试中,一些塑料材料的机械性能急剧下降。 结果是强度和延展性的损失,这表明在应力或冲击载荷下失效的可能性很高。

在美国复合材料制造学习中心进行和认证的测试中,包括 Torlon PAI、 PEEK和 Ultem PEI 在内的各种热塑性材料在 10 3到 10 9 rads 的暴露水平下进行了测试。 只有少数材料在 10 6或更高的水平下表现出令人满意的性能保持率。 高强度Torlon 5030 PAI是一种 30% 的玻璃增强聚合物,由 Drake Plastics 挤出成型并加工成零件,成功地保持了所需的机械性能水平,以通过该机构在 10 9 rads 下的测试——用于评估聚合物材料的最高水平. Victrex PEEK 是 Drake 的另一种高性能型材和零件聚合物,也以 10 9 rads 通过。 30% 玻璃增强的 Ultem 2300 PEI由 Drake 提供,采用其独特而高效的无缝管® 配置,在 10 8 rads 下表现出令人印象深刻的性能保留。

除了在类似应用中具有可靠性能的历史外,它在辐射暴露下的性能保持力促使美国海军工程师在 Drake Plastics 的许多设计中指定 Torlon PAI 用于其核潜艇的球阀和管座。 凭借该材料对辐射影响的卓越抵抗力,Torlon PAI 提供并保持了为这些组件指定的高抗压强度、韧性和耐磨性。

Drake Plastics 的开发团队还应对了美国海军提出的一种可用于尾管密封件的长寿命材料的挑战。 解决方案:由 Torlon PAI 生产的 Drake Seal Segments®。 今天,海军不断壮大的船队依靠这些弧形密封部件来获得高抗压强度、韧性和长期耐磨性。

Drake 高性能聚合物产品在海军舰艇中的其他应用包括由高强度和耐化学腐蚀的 Ryton R-4 PPS 加工而成的电连接器和插座。 该材料提供了各种这些组件所需的出色的电气和热绝缘和隔离特性。 它的耐化学性也很显着,PPS 材料没有已知的溶剂。

军用和国防部件中的 Drake 高性能聚合物

  • 由 30% 碳纤维增强 PEEK 加工而成的便携式导弹尾翼重量轻、坚固耐用,有助于提高武器的便携性、可靠性和准确性。
  • 与标准 PEEK 等级相比,Solvay 的 KetaSpire XT920 GF30 PEEK 的介电特性、高强度和更高的耐温性使天线罩受益。
  • 天线支架由碳纤维填充 PEEK 加工而成,具有出色的强度和导电性能。
  • 电连接器依赖于 Ryton R-4 PPS 的尺寸稳定性以及隔离和绝缘特性。
  • 由轴承和耐磨 Torlon PAI 和 PEEK 等级加工而成的衬套和轴承在飞机和海军舰艇中提供可靠的性能。
  • 由 Torlon 4203 无缝管® 加工而成的辅助油箱和空气接头扩展了战斗机的飞行范围。
  • Torlon PAI 加工的球阀阀座在核潜艇和其他海军舰艇中长期可靠地运行。
  • 由 Drake 的 Torlon PAI Seal Segments® 组成的艉管密封件服务于不断增长的海军舰艇舰队。