对长期可靠性、无懈可击的安全性和轻质的要求使高性能塑料成为航天器设备多种应用的首选材料。数十年来，由Torlon PAI、PEEK、Ultem PEI、Vespel PI、Ryton R-4 PPS和其他先进聚合物加工或射出成型的部件已经证明了它们的能力，而它们在航天器行业中的认可度也在不断提高。
塑料的哪些特性对航天器应用很重要？
高性能塑料所具有的特性可以解决与航天器应用有关的一系列复杂的工程和材料规格难题：
- 低温下的延展性和韧性
- 在推进系统高温环境下保持强度
- 结构完整，可承受从火箭发射到各个飞行阶段的极端振动力
- 耐固体和液体推进剂、液压油和其他化学品
- 符合火焰和烟雾产生的行业安全标准
- 低真空放气，防止化学冷凝物过度沉积，以免污染光学元件和精密系统
- 长期辐照后保持强度和延展性
哪些高性能塑料具有航天器应用所需的特性？
在航天器的结构、电气、流体和机械系统中，几种先进聚合物的应用历史悠久。它们的特性以及对化学品和辐射的耐受程度各不相同，工程师可以根据每个组件的工作环境，为其指定最佳材料。
以下高性能塑料具有独特的特性，非常适合特定的应用要求：
- Torlon PAI（聚酰胺-酰亚胺）、Vespel PI（聚酰亚胺）和Ultem PEI（聚醚-酰亚胺）属于酰亚胺聚合物，可在低温和极端高温下保持强度，并能承受辐射照射。
- 酮聚合物具有出色的耐化学性。它们包括PEEK（聚醚醚酮）、PEK（聚醚醚酮）以及高温 PEEK XT和HT PEK。
- Ryton R-4 PPS 是一种玻璃纤维含量为 40% 的聚苯砜，是一种具有出色耐化学性的高强度材料。在 200°C 温度下，它不含任何已知溶剂。
- PCTFE 是一种含氟聚合物，作为 LOX、LH2和其他液化气系统中的低温密封材料性能良好。它还具有较高的 LOI（极限氧指数），可满足严格的易燃性要求。
- 所有产品均符合与各种应用相关的行业易燃性和烟雾产生标准。
工程说明： Torlon PAI、PEEK、Ultem PEI 和其他高性能聚合物的 Grades 中含有可增加强度的玻璃纤维或碳纤维，以及可改善轴承和磨损性能的固体润滑剂。
什么塑料能抵御太空辐射？
- 在太空中持续暴露于辐射会使某些聚合物降解。许多聚合物会在相对较短的时间内脆化。
- Torlon PAI、PEEK 和 Ultem PEI 即使在持续高水平的辐照下也能很好地保持特性。
- 美国复合材料制造学习中心的一份测试报告证实了这些聚合物的抗辐射性能，其摘要如下。
先进塑料的辐射耐受性测试
美国复合材料制造学习中心进行的测试确定了辐射如何影响一组热塑性塑料的物理性质。 测试是在103至109拉德的照射水平下进行的。 下列材料表现良好
- Torlon 5030 PAI 是一种高强度的 30% 玻璃纤维增强聚合物，由Drake’s Plastics公司挤出成型并机加工成零件作为测试试样。Torlon 5030 部件保持了所需的机械性能水平，在109 拉德 （最高测试暴露水平）下顺利通过测试。
- DRAKE Plastics 的另一种聚合物 Victrex PEEK 挤出成 高性能型材 机加工和模制零件的质量也达到了 109
- 机加工技术支持 30% 玻纤增强的 Ultem 2300 PEI 制成的部件 在108℃时也表现出令人印象深刻的性能保持率
为什么低放气对航天器行业的塑料至关重要？
- 有些塑料在真空中容易放气，并释放出过量的挥发性物质。
- 这些挥发物可能会污染关键的航天器系统，并使光学元件和太阳能电池阵列蒙尘，从而影响它们的工作效率。
哪些塑料具有低真空放气特性？
- Torlon PAI 和 PEEK 在航天器应用中的一个优势是可减轻对真空排气的担忧，因为在零重力真空环境中，某些塑料通常会产生真空排气。
- 为美国国家航空航天局（NASA）进行的测试证实，特定 Grades 的 Torlon PAI 和 PEEK 符合低放气材料的标准。这是根据低于 1%的 TML（总质量损失）水平和低于 0.1%的 CVCM（收集的挥发性冷凝材料）测得的。
- 美国国家航空航天局（NASA）将接受测试的 Torlon PAI 和 PEEK 的具体 Grades 及其测试结果的详细信息列入了该机构为航天器应用而保留的低放气性材料清单。
什么塑料能在太空低温条件下保持韧性和强度？
- 材料在低温条件下保持强度和韧性的能力对于深空望远镜和探测器的机构和部署系统尤为重要，因为在这种情况下，部件的完整性不能受到影响。
- Torlon PAI、Vespel PI、CryoDyn CT-200PEEK 和 PCTFE 均已证明，它们在低温条件下仍能保持结构强度和延展性，而低温可使许多金属破碎。
高性能塑料在航天器中有哪些典型应用？
- 高强度、尺寸稳定的Torlon 7130 扇形齿轮 能可靠地安装卫星太阳能电池阵列。
- Torlon 5030和 PEEK 材质的绝缘体和隔离器 可作为出色的热绝缘体和电绝缘体。
- Torlon PAI 和 PEEK安装硬件 可固定各种设备，包括天线、窗户、流体和气体管道系统以及隔热板。
- 使用Torlon 4203的紧固件和螺钉 可以抵抗辐射造成的降解，保持高强度，重量也远比金属部件轻。
- Ultem PEI卫星部件 具有高强度和 EMI/RFI 屏蔽功能。
- PEEK 和 Torlon PAI 轴承 Grades磨损垫片 可维持轨道卫星推进定位系统的功能。
- 火箭发动机中的氧化剂阀门密封件和衬套 依靠Torlon 4301提供耐化学腐蚀性以及在高温下经历剧烈振动的部件的强度和稳定性。
高性能塑料支持技术创新
关于航天器行业使用高性能塑料的常见问题解答
为什么除气是航天器应用中的一个问题？
- 某些聚合物在真空条件下容易放气，产生冷凝物，影响关键系统、光学元件和太阳能集热器表面的性能。
- 根据测试结果，美国国家航空航天局（NASA）将特定 Grades 的 Torlon PAI 和 PEEK 列入可接受的航天器部件低放气材料清单。
哪些应用需要低温级塑料？
- 在零重力和极度寒冷的狭小工作空间内，舱外维修和维护活动可能会损坏部件。
- 对于在深空运行的对接和部署设备来说，能抵御机械载荷破坏的塑料也很重要。
- 液体推进剂系统需要在低温条件下具有坚固密封性能的材料。
在低温条件下性能良好的聚合物有哪些？
- Torlon PAI、PEEK 和低温级 PEEK 在低温条件下都能保持较高的强度和延展性。
- PCTFE 和低温 PEEK 聚合物尤其适用于液化气推进剂和冷却系统的低温密封应用。
指定既可机加工又可射出成型的高性能塑料有哪些好处？
- 当产量较低时，应用通常从机加工技术支持开始，当单位产量证明模具成本合理时，则转向射出成型。
- 如果能用同一种材料进行过渡，就可以省去或减少验证射出成型部件的材料规格所需的时间和成本。