Welche Kunststoffe können als Luft- und Raumfahrtteile verwendet werden?

Aufgrund seiner Eigenschaften eignet sich Kunststoff für Luft- und Raumfahrtanwendungen, weshalb sich der Einsatz von Kunststoffteilen in der Luft- und Raumfahrt in den letzten 45 Jahren vervierfacht hat.

Kunststoffe sind viel leichter als Metalle, wodurch sie sich für dynamischere Konstruktionen und leichtere Flugzeugteile eignen und erhebliche Kraftstoffeinsparungen bieten. Der Vorteil des Gewichts-Festigkeits-Verhältnisses bedeutet, dass der Kunststoff nur ein Siebtel des Metalls oder die Hälfte des Aluminiums wiegt, um die gleiche Festigkeit zu erzielen. Kunststoffe bieten auch Korrosionsbeständigkeit für Anwendungen in rauen Umgebungen sowie eine relativ hohe thermische und mechanische Stabilität.

Transparente Kunststoffe haben im Vergleich zu Glas in der Luft- und Raumfahrtindustrie mehrere Vorteile. Transparente Kunststoffteile sind leichter und stoßfester als Glas. Dies ist ein wichtiger Sicherheitsfaktor für Flugzeuge. Transparente Kunststoffe können auf verschiedene Arten geformt und zu robusten, transparenten und komplexen Teilen verarbeitet werden.

In vielen Flugzeuganwendungen ist eine hohe Oberflächenschmierfähigkeit für Lager und Wellen erforderlich, aber manchmal ist es aufgrund seiner Lage schwierig zu schmieren. Die neue selbstschmierende Kunststofftechnologie löst dieses Problem in vielen Fällen und erreicht eine lange Lebensdauer ohne minimalen Wartungsaufwand.

Als hocheffizienter elektrischer Isolator ist Kunststoff die erste Wahl für Luft- und Raumfahrtanwendungen. Viele Kunststoffe haben diese natürliche Isolationsfähigkeit und bieten daher eine große Auswahl an Materialien, obwohl einige Kunststoffe eine Leitfähigkeit nahe Null aufweisen. Bei militärischen Anwendungen ist Kunststoff ein wirksames Isoliermaterial für Radargeräte, um eine Erkennung zu verhindern.

Darüber hinaus bieten Kunststoffe eine große Flexibilität im Design. Ingenieure haben heute eine breite Palette an Hochleistungsthermoplasten und Verbundwerkstoffen zur Auswahl, um den hohen Anforderungen jeder Anwendung gerecht zu werden.

Schließlich ist die Herstellung von Kunststoffteilen im Allgemeinen wirtschaftlich und der Schlüssel ist die Auswahl der besten Methode für die meisten Projekte aus einer Vielzahl von Herstellungsmethoden.

Entwicklung von Kunststoffteilen für die Luftfahrt

Historisch gesehen haben die Luft- und Raumfahrtindustrie und die Kunststoffindustrie sehr stark zugenommen - allesamt im Zweiten Weltkrieg.

Die Entstehung des Krieges hat die Entwicklung der im Kampf eingesetzten Flugzeuge beschleunigt. 1940 erhöhte US-Präsident Roosevelt die jährliche Produktion von Militärflugzeugen von 10.000 auf 50.000, um den Krieg zu unterstützen. Gleichzeitig hat der Mangel an wichtigen Industriematerialien wie Metallen und Gummi in Kriegszeiten die Verwendung von Kunststoffen in der Fertigung, einschließlich der Luft- und Raumfahrt, rasch gefördert.

Ingenieure in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendeten zunächst Vinyl, um Gummiteile zu ersetzen, insbesondere im Inneren von Kraftstofftanks und Pilotenstiefeln. Aus dem Kunststoff wird dann ein Radom hergestellt, das das Radargerät abdeckt. Da die elektromagnetischen Wellen nahezu transparent sind, wird der Kunststoff schnell verwendet, um die Übertragung zu maximieren.

Als Ingenieure neue Wege entdeckten, um die Eigenschaften von Kunststoffen auszunutzen, wurden erfolgreiche Kettenreaktionen ausgelöst. In den 1960er und 1970er Jahren öffnete die Entwicklung von Hochleistungskunststoffen eine neue Tür. Heutzutage sind Kunststoffteile für die Luft- und Raumfahrt auf dem von der FAA zugelassenen Teilemarkt weit verbreitet. Dies ist das schnellste und kostengünstigste Material, um Luft- und Raumfahrtherstellern die Beschaffung der benötigten Teile zu erleichtern. Kunststoffteile finden sich in Luft- und Raumfahrtanwendungen, von Rumpfkomponenten bis hin zu Buchsen, Lagern, Halterungen und mehr.

Viele Kunststoffteile in der Luft- und Raumfahrt werden eher bearbeitet als geformt oder extrudiert. Die Bearbeitung ist die beste Wahl, wenn die Anzahl der Teile, die ausgetauscht werden müssen, aufgrund der sehr hohen Leistung und Präzision, die erreicht werden können, sowie der sehr engen Toleranzen, die für Luft- und Raumfahrtkonstruktionen erforderlich sind, begrenzt ist.

Darüber hinaus ist die spanende Bearbeitung in der Regel deutlich günstiger. Wenn Sie nicht eine große Anzahl von Teilen herstellen, sind die Kosten für das Öffnen der Form recht unwirtschaftlich. Die Kosten für ein Spritzgusswerkzeug können bis zu 30.000 USD betragen. Wenn Sie Tausende von Teilen benötigen, sind die Kosten für das Öffnen von Formen akzeptabel, aber die Luftfahrtindustrie benötigt in der Regel immer nur einhundert oder weniger.

Selbstverständlich müssen die Ersatzteile aus dem gleichen Kunststoff bestehen. Vor nicht allzu langer Zeit haben Luft- und Raumfahrthersteller Kunststofflieferanten Muster von Originalteilen zur Reproduktion zur Verfügung gestellt. Jetzt können Kunststoffingenieure FAA-geprüfte Muster direkt aus dem CAD-Entwurf erhalten.

Kunststoff für die Luftfahrt

Mit so vielen Hochleistungskunststoffen können Ingenieure für jede Anwendung das beste Material auswählen. Im Folgenden sind einige der in der Luft- und Raumfahrtindustrie üblicherweise verwendeten Kunststoffe aufgeführt.

Delrin (POM) - Dieses Material verringert die Lücke zwischen Metall und gewöhnlichen Kunststoffen und kombiniert Kriechfestigkeit, Festigkeit, Steifheit, Härte, Dimensionsstabilität und Zähigkeit. Es ist lösungsmittelbeständig, kraftstoffbeständig, verschleißfest, verschleißarm und reibungsarm. Aufgrund seiner grundlegenden mechanischen Oberflächeneigenschaften hält das Lager einem moderaten Verschleiß stand.

Ultem Polyetherimid - Dies ist ein amorphes thermoplastisches Polyetherimid (PEI), das mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften kombiniert. Seine mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften sowie seine einfache Verarbeitung und Oberflächenbehandlung können in vielen Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden.

Polycarbonat - Dies ist ein haltbarer Hochleistungskunststoff, der leicht zu verarbeiten ist, eine hervorragende Wärmebeständigkeit bietet und aufgrund seiner Transparenz die bevorzugte Wahl für optische Komponenten ist. Es ist ein hochfestes Material mit der 25-fachen Schlagfestigkeit von Acryl.

Polyetheretherketon (PEEK) - ein Polymer, das Festigkeit, Steifheit und Härte kombiniert und sich ideal für Anwendungen mit hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und hohen Belastungen eignet. Polyetheretherketon weist Abrieb-, Chemikalien- und Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie Festigkeit und Steifheit auf. Es zeigt auch eine gute Reibung und Verschleißfestigkeit. Es bietet Hydrolysebeständigkeit und kann über einen längeren Zeitraum ohne starken Abbau Wasser und Dampf mit hohem Druck ausgesetzt werden. Polyetheretherketon ist aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit eine ideale Wahl, wenn die Verarbeitungstemperatur die Grenzwerte überschreitet, denen herkömmliche Kunststoffe standhalten können.

Torlon - Dieser Kunststoff hält sehr hohen Temperaturen stand. Darüber hinaus bietet Torlon hervorragende Festigkeit, Zähigkeit und Steifigkeit sowie Haltbarkeit und Schlagfestigkeit. Aufgrund seiner Hitze- und Druckbeständigkeit sowie seiner selbstschmierenden Eigenschaften ist es ideal für Lager geeignet.

Nylon - ein Kernmaterial vor allem wegen seiner Zähigkeit und Festigkeit. Es ist abriebfest und hat eine gute Verschleißfestigkeit. Es ist einfach zu verarbeiten, leicht und kostengünstig. Aufgrund seiner hervorragenden Verschleißfestigkeit ist es häufig ein Ersatz für Teile aus Metall, Gummi und anderen Materialien.

Ultrahochmolekulare Materialien (UHMW) - Wenn Ingenieure die Geräteeffizienz verbessern und ihre Verschleißfestigkeit und Geräuschreduzierungsleistung verbessern möchten, wählen sie ultrahochmolekulares Polyethylen, um Kunststoffteile herzustellen. UHMW bietet auch hervorragende Leistung, einschließlich Temperatur, Schlagfestigkeit und Verschleißfestigkeit. Es hat einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als Stahl oder Aluminium.

Teflon - Dies ist ein Fluorkohlenstoff, der sich gut für die Verwendung in Umgebungen mit hohen Temperaturen und Chemikalien eignet, in denen hohe Reinheit und Inertheit erforderlich sind. Es behält seine Leistung über einen weiten Temperatur- und Lastbereich bei und wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie häufig für Anwendungen zur Abdichtung und chemischen Beständigkeit eingesetzt.

Polysulfon - Dieses Material hat eine hohe Wärmebeständigkeit und die fertigen Teile sind stabil und beständig gegen Kriechen und Verformung bei Dauerbelastung und hohen Temperaturen. Es hat eine hohe Zugfestigkeit und mit steigender Temperatur bleibt der Biegemodul hoch. Polysulfon ist sehr beständig gegen wässrige Mineralsäuren und Oxidationsmittel und auch bei erhöhten Temperaturen und mäßigem Druck gegen viele unpolare Lösungsmittel.

Mit der Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie haben sich auch Kunststoffe und ihre Anwendungen entwickelt. Aufgrund der einzigartigen Kombination von Kunststoffen und der kontinuierlichen Entwicklung neuer Kunststoffmaterialien haben wir Grund zu der Annahme, dass Kunststoffe weiterhin eine Schlüsselrolle für die Innovation der Luft- und Raumfahrtindustrie spielen werden.