Waarom de lucht- en ruimtevaartindustrie dol is op plastic materialen

Commerciële vluchten zouden een stuk duurder zijn en moderne oorlogsvliegtuigen zouden minder poseren  bedreiging voor de vijand zonder plastic materialen. Sinds 1970 is het gebruik van lucht- en ruimtevaartkunststoffen verviervoudigd. Interieurcomponenten (zoals bovenbakken), componenten voor navigatie- en voortstuwingsfuncties en structurele elementen kunnen allemaal worden gemaakt van plastic componenten. Ook militaire vliegtuigen profiteren van het gebruik van kunststoffen. Ze maken vliegtuigen lichter, wat het vliegbereik vergroot en de jet helpt radardetectie te ontwijken.

Kunststoffen hebben verschillende voordelen in vergelijking met de metaallegeringen die traditioneel worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie:

1)      Ze zijn lichtgewicht. Sommige plastic onderdelen kunnen wel tien keer lichter zijn dan hun metalen tegenhangers. Voor elk pond minder gewicht in een vliegtuig, wordt $ 1.000 bespaard aan brandstof gedurende de levensduur van het vliegtuig.

2)      Kunststoffen kunnen over het algemeen economisch worden vervaardigd.

3)      Ze zijn niet gevoelig voor corrosie. Veel kunststoffen doen het goed in zeer chemisch agressieve omgevingen.

4)      Transparante kunststoffen zijn slagvaster dan glas, wat de veiligheid verhoogt.

Hoewel plastic materialen aan het eind van de 19e eeuw werden ontwikkeld en in de jaren 30 op grote schaal werden gebruikt, duurde het tot de Tweede Wereldoorlog voordat plastic onderdelen voor het eerst in vliegtuigen werden geïnstalleerd. Vanwege het gebrek aan veel industriële materialen in oorlogstijd, keken ingenieurs eerst naar kunststoffen om rubberen componenten in vliegtuigen te vervangen. Een van de eerste toepassingen voor kunststof onderdelen uit de ruimtevaart was als bekleding voor brandstoftanks. Uiteindelijk werden hoogwaardige kunststoffen ontwikkeld. Velen worden tegenwoordig gebruikt in alle delen van vliegtuigen en helikopters. Enkele veelvoorkomende kunststoffen en hun mogelijke toepassingen worden hieronder besproken.

1)      Polyetheretherketon (PEEK)

Polyetheretherketon, op de markt gebracht onder het handelsmerk PEEK™, is een semi-kristallijn organisch polymeer. Het vertoont superieure mechanische prestaties en thermische eigenschappen, waaronder kruipweerstand en lage ontvlambaarheid. PEEK is ook bestand tegen hoge stralingsdoses. Het heeft een uitstekende hydrolyseweerstand, wat betekent dat het kan worden blootgesteld aan water en stoom onder hoge druk zonder te verslechteren. De bedrijfstemperatuur van PEEK™ gaat tot 450 °F. De combinatie van eigenschappen en het grote temperatuurbereik maken het een voorkeursproduct in de lucht- en ruimtevaartindustrie, vooral in omstandigheden waar het kan worden blootgesteld aan lage temperaturen en atmosferische deeltjes. Veel voorkomende toepassingen zijn klepzittingen en pomptandwielen.

2)      Thermohardend polyimide 

Een klasse thermohardende polyimiden, op de markt gebracht onder het handelsmerk MELDIN® 7001, heeft uitstekende mechanische eigenschappen en een hoge weerstand tegen chemicaliën. Met een hogere ductiliteit dan keramiek en een lager gewicht dan metaallegeringen, is het een uitstekende keuze voor verschillende structurele toepassingen in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Voorbeelden van mogelijke toepassingen zijn elektrische afstandhouders (afstandhouders) en isolatoren voor draadmoeren en andere componenten.

3)      Polyamide-imide (PAI) 

PAI, op de markt gebracht onder het handelsmerk Torlon®, heeft een hoge mechanische sterkte die het behoudt tot 500 °F. PAI is bij kamertemperatuur bestand tegen straling en de meeste chemicaliën, is vlamvertragend en geeft geen rook af bij verbranding. Vanwege al deze eigenschappen wordt PAI vaak gebruikt als vervanging voor veel metalen componenten in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

4)      Polychloortrifluorethyleen (PCTFE)

PCTFE is een fluorchemische kunststof met een optimale mix van fysische eigenschappen, mechanische eigenschappen, vuur- en chemische bestendigheid en een zeer lage vochtopname. Het heeft ook geweldige elektrische eigenschappen en een breed temperatuurbereik van -400 °F tot +400 °F. Deze eigenschappen maken PCTFE een geweldig materiaal voor componenten die buiten of in corrosieve omgevingen worden gebruikt.

5)      Polytetrafluorethyleen (PTFE) 

PTFE, of Teflon, is een fluorkoolstofpolymeer. Het is een elektrische isolator, heeft een lage ontvlambaarheid, een hoge scheurweerstand en behoudt zijn eigenschappen in ruimtevaartomstandigheden. PTFE is een geweldig materiaal om de talloze draden en kabels in een vliegtuig te isoleren.

Conclusie 

In de huidige economie zorgen de hoge brandstofkosten en de drang naar lagere ticketprijzen ervoor dat luchtvaartmaatschappijen vliegtuigen kopen die zo licht mogelijk zijn. Met hun lichte gewicht en weerstand tegen hoge temperaturen en corrosieve materialen, zijn plastic materialen een uitstekende keuze om componenten te vervangen die historisch gemaakt zijn van metaallegeringen of rubber. In de komende decennia zijn vliegtuigen met plastic vleugels en staarten te verwachten.

Heb ik een belangrijk materiaal of toepassing in de lucht- en ruimtevaartindustrie gemist? Laat het me weten in de comments hieronder.

Op zoek naar meer informatie over deze kunststoffen? Download onze gratis gids!