航空航天工业由飞机和航天器组成，包括与地球大气层内外的飞行和飞行相关操作有关的设备。高性能塑料在满足与航空航天设备相关的复杂而苛刻的应用要求方面具有很高的可靠性，因此得到了整个行业的广泛认可。它们的增长还源于降低质量的驱动力，这也是轻质塑料优于金属的一个关键优势。
用于航空航天部件的高性能塑料有哪些主要优势？
- 安全性：先进的聚合物通过了行业机构的低可燃性和低发烟性安全认证。
- 重量轻：在这个以低物理质量来提高燃料效率的行业中，先进聚合物的高强度重量比使工程师能够绕过较重的金属来制造航空航天部件。
- 保持强度和刚度： Vespel PI 和 Torlon PAI 可在高温下保持结构强度，并能抵抗剧烈振动应力造成的疲劳失效。
- 耐高温： Torlon PAI 的玻璃化转变温度高达 275摄氏度 （527华氏度 ），是航空航天塑料中最高的。PEEK、Ultem PEI 和 Vespel PI 在高温下的稳定性和强度也是公认的。
- 低温条件下的抗冲击性和韧性：由 PCTFE 和低温 PEEK 聚合物制成的密封件在液化气和推进剂（包括 LOX 和 LH2）中表现可靠。Torlon PAI 和 Vespel PI 在深空低温环境中的强度和耐用性得到了认可。
- 抗辐射性：事实证明，Torlon PAI、Vespel PI 和 Ultem PEI 可在暴露于持续辐射的航天器应用中保持强度和韧性。
- 耐摩擦磨损：Torlon PAI 和 PEEK 热塑性塑料的轴承和耐磨等级可延长齿轮、衬套、轴承和其他机械部件在极端动态负载下的功能寿命和可靠性。
- 耐化学性：高性能塑料可抵御航空航天应用中遇到的多种不同化学环境。PEEK 和 Ryton R-4 PPS 具有最广泛的耐化学性。
- 低真空放气：美国国家航空航天局（NASA）将特定 Grades 的 Torlon PAI 和 PEEK 列为符合航天器低放气材料标准的热塑性塑料。
- 热绝缘、电绝缘和隔离：与金属相比，塑料的导热性能要低得多，而且还具有隔热、隔电和隔离性能。
特种配方提高塑料性能
有几种高性能塑料在 Grades 中使用添加剂进行改性，在保持基本聚合物固有特性的同时，提高了特定性能。
- Torlon PAI、PEEK、Vespel PI和Ultem PEI等 Grades 的轴承和磨损性能均超过未改性聚合物。
- 与未填充的高性能聚合物相比，玻璃纤维和碳纤维增强材料可显著提高结构强度。例如，含有 30% 碳纤维的Torlon 7130 PAI的弯曲模量比未增强的 PAI 等级高出近四倍。
- DRAKE 4645 PAI在配方中结合了碳纤维和润滑剂，可同时提高耐磨性和强度。
塑料如何解决飞机复杂部件设计难题？
以下简要案例研究概述了先进塑料如何在苛刻条件下发挥可靠性能：
- 在军用飞机领域，战斗机会对部件和系统产生独特的高重力和复杂应力。
- Torlon 4301 PAI集高强度、轴承和耐磨性能于一身，适用于承受高应力和动态载荷的各种结构和机械部件。
- 军用飞机机身设计紧凑，需要将液压系统安装在喷气发动机附近。
- PEEK和Torlon PAI凭借其隔热、绝缘性能和耐化学性，在流体处理系统的结构支撑托架和其他部件方面有着悠久的历史。
- 在商用和军用飞机上，重型货舱门的机械部件必须在高动态负载下经过多次操作后才能平稳、精确地运行。
- Torlon PAI 轴承和耐磨 Grades 可提供这些系统的滚子和扇形齿轮所需的抗压强度、动态承载特性和摩擦耐磨性。
- 飞机燃油系统部件必须不受化学物质的影响，能承受剧烈振动而不出现疲劳故障，在极端温度下仍能保持强度和韧性，在某些情况下还能防止放电。
- 由 PEEK 和 Torlon PAI 加工而成的管材支架和结构紧固件可承受喷气和火箭燃料，抗应力疲劳，并具有热隔离和电气隔离以及绝缘性能。
哪些塑料能承受航天器应用所需的极端条件？
从运载火箭到卫星和深空望远镜，一些高性能塑料已在航天器设备中证明了其可靠性。典型的例子有
- 在火箭发射过程中，部件会受到极大的振动力、高温和低温推进剂的影响，这些都是对材料极限的考验。
- 由 Torlon PAI、PEEK 和 Vespel PI 制成的结构部件和安装夹具经得起严酷条件的考验。每种材料都具有独特的性能组合，可满足特定的工程要求。
- 通信卫星需要能确保信号完整性和在太空环境中长期运行能力的材料。
- Ultem 1000 PEI兼具强度、抗辐射性和射频透明性，可为通信卫星天线提供稳定的信号质量。
- 深空望远镜太阳能电池阵必须在无法进行维修和更换组件的环境中完美地部署。
- Torlon 7130 PAI因其在低温条件下的强度、抗辐射性、热隔离特性和韧性而被指定用于望远镜太阳电池阵列部署机构中的热隔离器。
- 对接系统和仪器部署机制中的齿轮、轴承和滑动垫需要能够抵抗摩擦磨损并在辐射和低温条件下保持强度和韧性的材料。
- 轴承和耐磨 Grades PEEK、Torlon PAI 和 Vespel PI 被指定用于航天器设备中的各种动态承重应用。每种聚合物都具有独特的性能，可为各种工程要求和环境提供有效的选择。
Drake's Plastics：您的航空航天级高性能聚合物合作伙伴
飞机和航天器设备必须在先进聚合物所能胜任的条件下运行。Torlon PAI、PEEK、Ultem PEI、Vespel PI、Ryton R-4 PPS和PCTFE等精选材料已在从简单的飞机外部照明外壳到詹姆斯-韦伯太空望远镜太阳能电池阵列致动器中使用的热隔离器等各种部件中证明了其可靠性。经过几十年的性能验证，这些聚合物已成为越来越多应用的主要候选材料。DRAKE Plastics 是航空航天工业用先进聚合物领域的领先企业，可提供挤出 成型以及CNC 加工和射出成型能力，以满足这些材料的各种部件设计和生产要求。
关于航空航天工业用高性能塑料的常见问题解答
1.哪些塑料用于航空航天应用？
航空航天应用中最常见的高性能塑料有 Torlon® PAI、PEEK、Vespel® PI、Ultem® PEI、Ryton® PPS 和 PCTFE。这些先进的聚合物被指定用于飞机和航天器部件，因为它们兼具轻质结构、高强度、耐温性、耐化学性以及在极端工作条件下的可靠性。
2.为什么飞机和航天器中高性能塑料会取代金属？
在航空航天领域，高性能塑料正在取代金属，因为它们具有优异的强度重量比，可直接提高燃料效率和有效载荷能力。Torlon PAI 和 PEEK 等先进聚合物还具有热绝缘和电绝缘性、耐化学性和抗疲劳性--这些特性通常是金属在单一材料中无法比拟的。
3.哪种塑料具有最高的航空航天耐温性？
Torlon PAI 的玻璃化转变温度高达 275°C（527°F），是航空航天塑料中最高的，因此成为暴露在持续高温下的部件的首选。PEEK、Vespel PI 和 Ultem PEI 在高温下也有可靠的表现，每种聚合物都能为特定的航空航天应用提供独特的性能。
4.航空航天塑料是否经过火焰和烟雾标准认证？
是的。 许多高性能航空航天塑料都通过了低可燃性、低发烟性和低毒性的行业认证，包括符合 FAR 25.853 机舱材料标准。PEEK、Ultem PEI 和 Torlon PAI 等材料通常被指定用于飞机内饰、电气外壳和对防火安全要求极高的结构部件。
5.NASA 批准哪些塑料符合航天器除气要求？
美国国家航空航天局（NASA）将特定 Grades 的 Torlon PAI 和 PEEK 列为批准用于航天器的低放气材料。低发气聚合物在太空中至关重要，因为材料在真空中释放的挥发性化合物会污染卫星和深空望远镜的光学表面、传感器和电子设备。
6.高性能塑料能否承受太空中的低温？
是的。 PCTFE 和低温级 PEEK 在液化气和推进剂（如 LOX（液氧）和 LH₂（液氢））中具有可靠的性能。Torlon PAI 和 Vespel PI 还能在深空低温环境中保持强度和韧性，因此非常适合用于运载火箭和卫星部件。
7.Torlon PAI 在航空航天领域有什么用途？
Torlon PAI 用于航空航天领域的结构支架、轴承、衬套、扇形齿轮、热隔离器和燃料系统部件。Torlon 4301 等轴承和耐磨 Grades 具有很高的抗压强度和耐摩擦磨损性，而 Torlon 7130 PAI 等增强 Grades 则指定用于高应力结构和低温应用。
8.PEEK 在航空航天应用中的性能如何？
PEEK 在要求耐化学性、高温稳定性和韧性的航空航天应用中表现出色。它被指定用于飞机燃料系统部件、液压支架、电气连接器、轴承和低温密封。PEEK 还是美国国家航空航天局（NASA）批准的用于航天器和卫星的低发气材料。
9.航空航天塑料是否耐喷气燃料和液压油？
是的。 PEEK、Torlon PAI 和 Ryton R-4 PPS 可耐受多种航空航天流体，包括喷气燃料、火箭推进剂、液压油和除冰化学品。这种耐化学性，加上高温下的强度和抗振动疲劳性，使它们成为燃料系统支架、接头和结构紧固件的理想材料。
10.航空航天塑料部件有哪些加工选项？
Drake Plastics 提供挤出成型的可加工部件，并为航空航天部件提供内部 CNC 加工和射出成型。这种垂直整合能力使航空航天工程师可以采购航空航天级 Torlon PAI、PEEK 和其他高性能聚合物作为原材料，或作为精密机加工的成品部件准备组装。