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航空塑料零部件應(yīng)用廣泛
塑料的性能使其適用于航空航天的獨(dú)特應(yīng)用，這就是為什么過(guò)去45年中，塑料零部件在航空航天設(shè)計(jì)中的使用翻了兩番。塑料的輕便、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等特點(diǎn)使得塑料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛，也更加重視塑料的開(kāi)發(fā)利用，航空塑料的演變證明了塑料發(fā)展的迅速。
塑料的重量比金屬輕得多，這使其適合用于更動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)和更輕質(zhì)的飛機(jī)零部件，并且能帶來(lái)巨大的燃料節(jié)約。在重量強(qiáng)度比上的優(yōu)勢(shì)意味著，要達(dá)到同等強(qiáng)度，塑料重量只有金屬的七分之一，或是鋁的一半。塑料還可為飛機(jī)惡劣環(huán)境的應(yīng)用提供耐腐蝕性，以及相對(duì)較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。
和玻璃相比，透明塑料在航空制造中的應(yīng)用也有幾大優(yōu)勢(shì)。透明塑料零部件重量更輕，并能提供比玻璃更高的耐沖擊性，而這對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō)正是一個(gè)關(guān)鍵的安全因素。透明塑料可以通過(guò)幾種方法成型，并制作成堅(jiān)固、透明而又復(fù)雜的零部件。
在許多飛機(jī)應(yīng)用中，對(duì)于軸承和軸都要求有高的表面潤(rùn)滑性，但有時(shí)候因?yàn)槠渌幍奈恢枚茈y潤(rùn)滑。新的自潤(rùn)滑塑料技術(shù)在許多情況下可以解決這個(gè)問(wèn)題，并能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的使用壽命而無(wú)需最低限度的維護(hù)。
作為一種高效的電絕緣體，塑料是一些航空航天應(yīng)用的第一選擇。許多塑料具有這種天然的絕緣能力，因而提供了大量的材料選擇，不過(guò)有一些塑料提供的是接近零的電導(dǎo)率。在軍事應(yīng)用中，塑料對(duì)于雷達(dá)來(lái)說(shuō)是一種有效的絕緣材料，用來(lái)防止被發(fā)現(xiàn)。
此外，塑料在設(shè)計(jì)中能提供極大的靈活性。如今，工程師有著許多種高性能的熱塑性塑料和復(fù)合材料可供選擇，可以很好地滿(mǎn)足任何應(yīng)用的高要求。
最后，塑料零部件的制造總體來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟(jì)，關(guān)鍵是從廣泛的制造方法中選出適合大多數(shù)項(xiàng)目的最佳方法。
航空塑料零部件的演變
從歷史來(lái)看，航空航天工業(yè)和塑料工業(yè)起飛的時(shí)間點(diǎn)非常接近——都是在二次世界大戰(zhàn)。
戰(zhàn)爭(zhēng)的出現(xiàn)加速了戰(zhàn)斗中使用的飛機(jī)的發(fā)展。1940年，美國(guó)總統(tǒng)羅斯福增加了軍用飛機(jī)的年生產(chǎn)量，從10000增至50000以支持戰(zhàn)爭(zhēng)。同時(shí)，戰(zhàn)時(shí)關(guān)鍵工業(yè)材料如金屬和橡膠出現(xiàn)短缺，快速推動(dòng)了塑料在制造業(yè)中的應(yīng)用，包括航空制造。
隨著工程師發(fā)現(xiàn)了新的方法來(lái)利用塑料的性能，成功的連鎖反應(yīng)由此被引發(fā)。在 20世紀(jì)60年代和70年代，高性能塑料的發(fā)展打開(kāi)了新的大門(mén)。今天，航空塑料零部件被廣泛投入FAA批準(zhǔn)的零件市場(chǎng)，這種最快、最具成本效益的材料能幫助航空制造商獲得所需的零部件。塑料零部件大量出現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域，從機(jī)身零部件到襯套、軸承、支架以及更多。
航空應(yīng)用中的許多塑料零部件是機(jī)械加工的，而不是成型或擠壓的。當(dāng)需要替代的零部件數(shù)量有限時(shí)，機(jī)械加工是最好的選擇，這是因?yàn)槟軐?shí)現(xiàn)非常高的性能和精度，以及航空航天設(shè)計(jì)所需的非常緊密的公差。
此外，機(jī)械加工通常要便宜得多。除非你要生產(chǎn)數(shù)量龐大的零部件，否則開(kāi)模費(fèi)用就會(huì)相當(dāng)不劃算。一個(gè)注塑成型模具的成本可能高達(dá)3萬(wàn)美金。如果你需要幾千個(gè)某種零件，那開(kāi)模成本是可以接受的，但航空業(yè)通常一次只需要一百個(gè)或更少。
顯然，替代的零部件必須由相同的塑料制成。不久以前，航空制造商會(huì)向塑料供應(yīng)商提供原始零部件的樣品用來(lái)復(fù)制。現(xiàn)在，他們讓塑料工程師直接從CAD設(shè)計(jì)來(lái)得到FAA批準(zhǔn)的樣品。
航空用塑料
由于有著如此之多的高性能塑料供選擇，工程師可以為任何給定的應(yīng)用選擇最佳的材料。下面介紹幾種常用于航空領(lǐng)域的塑料。
迭爾林(聚甲醛樹(shù)脂)——這種材料能縮小金屬和普通塑料之間的差距，結(jié)合了抗蠕變性、強(qiáng)度、剛度、硬度、尺寸穩(wěn)定性和韌性。它防溶劑，防燃油，耐磨損，低磨損，低摩擦。其基本的機(jī)械表面性能使軸承能承受中度的磨損。
Ultem聚醚酰亞胺——這是一種無(wú)定形熱塑性聚醚酰亞胺(PEI)材料，結(jié)合了機(jī)械性能、熱性能和電氣性能。其機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、耐腐蝕性等特性，以及易于加工和表面處理，讓其能用于許多航空航天的應(yīng)用。
聚碳酸酯——這是一種經(jīng)久耐用的高性能塑料，它很容易加工，能提供出色的耐熱性，并且由于其透明度而是光學(xué)元件的首選。它是一種高強(qiáng)度材料，沖擊強(qiáng)度是壓克力的25倍。
聚醚醚酮(PEEK)——這是一種兼具強(qiáng)度、剛度、硬度的聚合物，對(duì)于涉及高溫、高濕和重負(fù)載的應(yīng)用是一種理想選擇。聚醚醚酮融合了抗磨損、耐化學(xué)性和耐濕性以及強(qiáng)度和剛度。它還顯示出良好的摩擦性能和耐磨性。它提供耐水解性，并可以暴露在高壓水和蒸汽中持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的降解。由于其耐高溫性，當(dāng)加工溫度超過(guò)常規(guī)塑料能承受的極限時(shí)，聚醚醚酮將是一種理想選擇。
航空塑料零部件應(yīng)用廣泛
尼龍(Nylon)——一種核心材料，主要是由于其韌性和強(qiáng)度。它耐磨損，具有良好的耐磨性。它也很容易加工，輕巧，而且具有高的成本效益。由于其出色的耐磨性，常常能替代金屬、橡膠以及其他材料的零部件。
超高分子量(UHMW)材料——當(dāng)工程師想要提高設(shè)備效率，提高其耐磨性、降噪性能時(shí)，會(huì)選擇超高分子量聚乙烯來(lái)制作塑料零部件。UHMW也提供優(yōu)異的性能，包括溫度、抗沖擊、抗磨損。它具有比鋼或鋁更低的摩擦系數(shù)。
聚四氟乙烯(Teflon)—— 這是一種碳氟化合物，能很好地應(yīng)用于從高溫和化學(xué)環(huán)境到需要高純度和惰性的地方。它能在范圍廣的溫度和高負(fù)載下保持其性能，在航空工業(yè)中，它通常用于密封和耐化學(xué)性的應(yīng)用。
聚砜(Polysulfone)——這種材料具有高的熱穩(wěn)定性，制成的零部件在連續(xù)負(fù)載和高溫下能保持穩(wěn)定以及抗蠕變和抗變形。它具有高的拉伸強(qiáng)度，并且隨著溫度的升高，彎曲模量仍然很高。聚砜是高度耐無(wú)機(jī)酸水溶液和氧化劑的，而且即使在高溫和適度的壓力水平下，它仍然能抵抗許多非極性溶劑。
隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，塑料及其應(yīng)用也隨之發(fā)展。由于塑料具有的獨(dú)特綜合性能，并且塑料新材料在不斷發(fā)展，我們有理由相信塑料將繼續(xù)在航空航天工業(yè)的創(chuàng)新中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
