Sechs Technologietrends bei Polymermaterialien für den Luft- und Raumfahrtsektor

Sechs Technologietrends bei Polymermaterialien für den Luft- und Raumfahrtsektor

Polymere werden zunehmend in Luft- und Raumfahrzeugen eingesetzt, um Gewicht zu reduzieren, die Qualität zu verbessern und Herstellungs- und Wartungskosten zu senken.

1. Verwendung besser desinfektionsmittelverträglicherer antimikrobieller Kunststoffe für Flugzeuginnenräume .
Reinigungs- und Desinfektionsmethoden für Flugzeuginnenflächen können herkömmliche Kunststoffe schnell schädigen. Neue antimikrobielle und desinfektionsmittelbeständige Kunststoffe, die ursprünglich für den Einsatz in Krankenhäusern entwickelt wurden, werden nun für die Innenausstattung von Flugzeugen spezifiziert. Diese Materialien sind so formuliert, dass sie die strengen Flammen-, Rauch-, Toxizitäts- und Wärmefreisetzungsstandards erfüllen, die für Verkehrsflugzeuge erforderlich sind.

2. Spezifizierung hochfester thermoplastischer Verbundwerkstoffe zur Gewichtsreduzierung und Verbesserung der Kraftstoffeffizienz.
Luft- und Raumfahrtstrukturen, die eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erfordern, werden traditionell aus Metallen oder duroplastischen Verbundwerkstoffen hergestellt. Diese Materialien weisen jedoch erhebliche Einschränkungen auf. Metalle sind schwer, was ihre Verwendung in gewichtsempfindlichen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt einschränkt. Duroplastische Verbundwerkstoffe sind oft spröde, weisen typischerweise eine geringe chemische Beständigkeit auf und ihre Herstellung ist arbeitsintensiv. Die meisten duroplastischen Verbundwerkstoffe sind für den Einsatz über 100 °C ungeeignet.
Eine neue Klasse thermoplastischer Verbundwerkstoffe, die von Unternehmen wie Ensinger entwickelt wurde, bietet Festigkeits- und Modulwerte (Steifigkeit), die mit denen von Metallen und Duroplasten vergleichbar sind. Bei dieser Technologie werden kontinuierliche Glas- oder Kohlenstofffasern in eine thermoplastische Polymermatrix eingebettet, die typischerweise aus Polyetheretherketon (PEEK) oder Ultem PEI (Polyetherimid) besteht. Da die Matrix aus hochleistungsfähigen, temperaturstabilen Kunststoffen besteht, können diese Verbundwerkstoffe bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden.
Thermoplastische Verbundwerkstoffe bieten viele mit Thermoplasten verbundene Vorteile, darunter Duktilität, Ermüdungsbeständigkeit, Vibrationsdämpfung und Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen, Schmiermitteln und Reinigungschemikalien. Aus diesen Materialien hergestellte Bleche können mit erhitzten Metallwerkzeugen schnell zu fertigen Teilen geformt werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.

3. Auswahl von Kunststoffen, die Hochfrequenzsignale (RF) für Hochleistungs-Kommunikationsradome nicht stören.
Die Verbreitung unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs), Drohnen und Satelliten, die für den Flugbetrieb auf HF-Signale angewiesen sind, hat die Nachfrage nach äußerst zuverlässigen Antennen erhöht. Eine optimale Antennenfunktion erfordert, dass das Kunststoffradom das HF-Signal über den erforderlichen Frequenzbereich und den Betriebstemperaturbereich des Geräts nicht wesentlich dämpft. Für den Schutz von Antennenradomen werden zunehmend spezielle technische Kunststoffe mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten, niedrigen Verlustfaktoren und verbesserter Zähigkeit, UV-Beständigkeit und Thermoformbarkeit spezifiziert.

4. Auswahl langlebiger Hochtemperaturkunststoffe zur Trennung von Metalloberflächen für eine verbesserte Zuverlässigkeit.
Metall-auf-Metall-Verbindungen sind häufig Fehlerquellen in Flugzeugkomponenten aufgrund inhärenter Probleme, wenn gepaarte Metalloberflächen Vibrationen und/oder Gleitverschleiß ausgesetzt sind. Konstrukteure verwenden zunehmend robuste Hochleistungs-Polyimidmaterialien für Anwendungen wie Keilwellenkupplungen und Verdrehsicherungselemente zur Trennung von Metallteilen. Das Einbringen eines Polymerelements in die Baugruppe kann die Lebensdauer verlängern und die Intervalle zwischen erforderlichen Wartungsarbeiten verlängern.
Bei Keilwellenverbindungen, die Kraft über verbundene rotierende Metallwellen an verschiedene Flugzeugsysteme übertragen, werden Hochtemperaturkupplungen aus DuPont Vespel Polyimid zwischen den gepaarten Metallkehlen installiert, um einen reibungsloseren Betrieb und eine längere Lebensdauer zu gewährleisten. Dieser Ansatz reduziert den Verschleiß der Keilverzahnung, wenn rotierende Wellen leicht falsch ausgerichtet sind. Die Duktilität des Polymers ermöglicht eine Wellenfehlausrichtung ohne übermäßige Belastung der Metallwellen, Lager oder Antriebsmotoren.
In Luft- und Raumfahrtbefestigungen wird DuPont Vespel-Polyimid als duktiles Sicherungselement in Muttern oder Schrauben verwendet, um unerwünschte Drehungen zu verhindern, ohne die passenden Metallbefestigungen während der Montage oder Demontage zu Wartungszwecken zu beschädigen. Dieses Polymerelement verhindert das Festfressen, das mit Ganzmetall-Verschlusskonstruktionen einhergeht.
In beiden Beispielen mildern die Duktilität und die Verschleißeigenschaften des Polymers die mit dem Metall-zu-Metall-Kontakt verbundenen Probleme.

5. Auswahl von Kunststoffen mit geringer Entflammbarkeit und hoher Spannungsfestigkeit für die elektrische Isolierung.
Für Anwendungen, die elektrische Isolationseigenschaften erfordern, sind Kunststoffe seit langem das Material der Wahl. Eine besondere Herausforderung stellen die elektrischen Systeme moderner militärischer und ziviler Flugzeuge dar. Neben einer guten dielektrischen Festigkeit und Lichtbogenbeständigkeit müssen Polymerisolatoren auch beständig gegen Flugzeugtreibstoffe und Schmierstoffe sein, Vibrationen, Verschleiß und Ermüdung standhalten und über eine ausgezeichnete Entflammbarkeit verfügen. Kunststoffisolatoren in Flugzeugen müssen außerdem in einem weiten Temperaturbereich funktionieren, von extremer Kälte in Reiseflughöhen bis hin zu extremer Hitze in der Nähe von Düsentriebwerken.
Konstrukteure elektrischer Flugzeugsysteme spezifizieren jetzt Fluorpolymere wie Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP) und Perfluoralkoxy (PFA) sowie andere Hochleistungsthermoplaste für anspruchsvolle elektrische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, einschließlich Halterungsisolatoren, Schrumpfschläuchen und flexiblen Drahtisolierungen.

6. Einsatz innovativer Polymere zur Schaffung hochwertiger Flugzeuginnenräume.
Verkehrsflugzeuge werden immer hochwertiger und ihre Innenräume können mit den Lobbys von Luxushotels konkurrieren. Traditionell waren gedruckte Muster auf Flugzeuginnenräumen problematisch, da stark frequentierte Bereiche, die Abnutzung und wiederholter Reinigung ausgesetzt waren, den Druck schnell beeinträchtigten.
Neuere Technologien, wie das Infused-Imaging-Verfahren für KYDEX-Thermoplaste, ermöglichen es Designern, individuelle Umgebungen zu erstellen, indem sie Bilder innerhalb des Materials und nicht darauf verwenden.
Auch bei Kunststofflinsenmaterialien zur Steuerung und Übertragung von Licht an Bord von Verkehrsflugzeugen wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Neue Polymerformulierungen ermöglichen eine hohe Lichtdurchlässigkeit, gute Streuung und präzise Farbsteuerung für LED-Beleuchtung. Lichtmanagement mit Hochleistungskunststoffen wirkt sich positiv auf die Ästhetik von Flugzeuginnenräumen aus.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Polymere in der modernen Luft- und Raumfahrttechnik unverzichtbar geworden sind, von Hochleistungsverbundstrukturen bis hin zu kritischen Funktionskomponenten. Gerade in sicherheitskritischen Bereichen sind die Gestaltung und der Einsatz flammhemmender Materialien von größter Bedeutung. Ob PA für Steckverbinder und Drahtisolierungen oder EVA für Innenräume und Verpackungen, diese Materialien müssen strenge Standards für Flammhemmung, geringe Rauchentwicklung, geringe Toxizität sowie hervorragende mechanische und ökologische Leistung erfüllen. Um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, hat die Yinsu Flame Retardant Company unter Nutzung ihres umfassenden technischen Fachwissens erfolgreich eine Reihe herausragender Produkte wie FRP-950X und WADP-10 entwickelt . Diese Materialien verfügen nicht nur über eine hervorragende Flammschutzwirkung, sondern bieten auch ein ausgewogenes Verhältnis von Zähigkeit, Verarbeitbarkeit und Haltbarkeit. Sie wurden erfolgreich in verschiedenen Schlüsselbereichen eingesetzt, darunter Flugzeuginnenkomponenten, elektrische Systeme und Geräteschutz, und bieten robuste Materialunterstützung zur Verbesserung der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leichtbauleistung von Luft- und Raumfahrzeugen.