Les applications aéronautiques et spatiales imposent des exigences vraiment uniques aux matériaux. Les polymères à ultra haute performance de Drake Plastics ont prouvé leur capacité à fournir des solutions à ces défis extraordinaires.

Applications aéronautiques des matériaux polymères à ultra-haute performance

De toutes les industries, celle de l’aéronautique est l’une des plus diverses et des plus complexes en termes de composants et de systèmes. Les environnements d’exploitation auxquels les matériaux aéronautiques doivent résister diffèrent tout aussi radicalement. Quel que soit le composant ou le système, la fiabilité est primordiale, et la légèreté et l’efficacité de l’espace sont des priorités constantes.

Les conditions d’utilisation comprennent l’exposition aux carburéacteurs, aux produits chimiques de dégivrage et aux lubrifiants. Les changements de température extrêmes, les contraintes élevées et les charges d’appui, ainsi que la nécessité d’une isolation thermique, d’une isolation électrique et d’une transparence ou d’un blindage EMI/RFI, font partie des nombreux défis que pose la spécification du matériau optimal pour les composants d’aéronefs.

Ces critères de performance pour la conception de précision des composants aéronautiques constituent une toile de fond idéale pour les produits polymères à très haute performance de Drake. Parmi les plastiques destinés aux applications aéronautiques, nos matériaux Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, Ultem PEI et AvaSpire PAEK offrent aux ingénieurs aéronautiques des propriétés physiques supérieures dans différentes combinaisons pour répondre aux exigences de performance d’une gamme variée de composants. Tous ces matériaux polymères offrent des niveaux uniques de résistance mécanique et de résistance à la température, de résistance chimique, de performance en matière de roulement et d’usure, d’isolation thermique et de propriétés d’isolation électrique afin de répondre de manière efficace et efficiente aux exigences les plus strictes.

Dans les applications d’aérostructure, les PAI et PEEK de Torlon offrent une résistance élevée et une isolation thermique pour des performances fiables dans les renforts de panneaux composites, y compris les points durs, les isolateurs thermiques et les fixations. Les roulements et les composants d’usure tirent également parti des grades résistants à l’usure des polymères à ultra-hautes performances pour assurer la solidité, la longévité et la précision des opérations.

À titre d’exemple, les bagues de porte de blocker fabriquées en Torlon PAI démontrent comment ce polymère à ultra-hautes performances se comporte dans les composants critiques des avions dans des conditions de température et de charge extrêmes. Les portes de blocage créent la poussée inverse qui ralentit les avions à réaction lors de l’atterrissage. Les bagues fixées à l’ensemble des charnières de la porte jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement précis de ces portes. Le Torlon 4301 PAI a été à la hauteur des exigences. Les bagues fabriquées à partir de cette qualité de PAI conservent leur résistance et leur stabilité à des températures allant de -40° à 500°F (-40° à 260°C), et elles présentent une faible usure par frottement lorsqu’elles fonctionnent sans lubrification.

Les composants utilisés dans les actionneurs et les commandes, la gestion thermique et la gestion de l’énergie, les capteurs, la protection des câbles et d’autres systèmes et applications de soutien s’appuient sur les polymères haute performance de Drake pour un mélange différent de propriétés. C’est également le cas dans les applications intérieures des cabines pour les sièges, les systèmes de réfrigération, les systèmes d’oxygène, l’éclairage, les systèmes d’évacuation sous vide et les équipements de manutention du fret. Les produits Torlon PAI, Ultem PEI et PEEK associent la légèreté et la résistance à des températures élevées à la stabilité dimensionnelle et à l’isolation thermique et électrique nécessaires pour ces pièces de précision.

Dans les composants des systèmes de propulsion, les PAI et PEEK de Torlon combinent une résistance chimique exceptionnelle et une grande solidité avec l’avantage supplémentaire de la réduction du poids, un objectif omniprésent dans la conception des avions. Leur polyvalence d’application peut également contribuer à la conception de systèmes innovants qui réduisent le poids et le coût.

Les ingénieurs de Boeing, par exemple, ont déterminé que le fait de faire passer les conduites hydrauliques à travers les réservoirs de carburant au lieu de les contourner permettrait de réduire considérablement le poids de leurs avions en matériaux composites. Le défi consistait à isoler les conduites hydrauliques à l’aide d’un matériau capable de résister à des quantités considérables d’énergie thermique et électrique. Le Torlon 4203 PAI a fourni la solution. Sa conductivité thermique extrêmement faible isole l’énergie thermique entre la cloison et le composite. Il empêche également la formation d’arcs électriques et maintient sa résistance aux températures exigées par les applications -40° à 350°F (-40° à 177°C).

Drake Plastics est un spécialiste reconnu des polymères à ultra haute performance. Nos décennies d’expérience en matière de collaboration ont aidé les ingénieurs à développer des solutions de sélection de matériaux et de production de pièces pour de nombreux défis d’applications aéronautiques tels que ceux-ci.

Applications typiques des polymères ultra-haute performance de Drake dans les avions

  • Les isolateurs en Torlon 4203, PEEK, et Torlon 5030 renforcé de verre, GF PEEK et Ryton R-4 PPS offrent d’excellentes propriétés de barrière électrique. Les grades Torlon PAI et PEEK non renforcés offrent la conductivité thermique la plus faible pour une isolation thermique optimale.
  • Des engrenages sectoriels en Torlon 4203 moulés par injection déplacent sans problème les aubes directrices d’entrée dans les turbines à gaz.
  • Les connecteurs de batterie en PEEK renforcé de verre à 30 % assurent l’isolation électrique des systèmes de propulsion
  • Les bagues de porte Blocker en Torlon 4301 résistent à des charges élevées et à des excursions jusqu’à 500°F et résistent à l’usure sans lubrification.
  • Les vis en Torlon 4203 offrent une grande résistance, une transparence EMI/RFI et un poids réduit par rapport aux fixations métalliques.
  • Les boîtiers d’éclairage externes en Torlon PAI et PEEK renforcés de fibres conservent leurs dimensions aux températures extrêmes et résistent aux dommages causés par les déversements de carburant et les dégivreurs.
  • Les raccords de carburant et d’air usinés en Torlon 4203 Seamless Tube® augmentent l’autonomie des avions de chasse.
  • Les borniers en Ultem 2300 renforcé de verre présentent la stabilité dimensionnelle et les propriétés électriques nécessaires à la fiabilité des générateurs embarqués.

Matériaux polymères à ultra-hautes performances dans les engins spatiaux

Les engins spatiaux habités et non habités bénéficient d’un grand nombre des propriétés qui ont fait des polymères à ultra-hautes performances de Drake Plastics un choix éprouvé pour les aéronefs. Mais si certains facteurs de performance sont communs, d’autres entrent en jeu à des niveaux plus intenses et d’autres encore sont totalement propres aux engins spatiaux. Il s’agit notamment du froid extrême, des effets de l’apesanteur et du risque de dégazage sous videdes transitions soudaines et sévères entre des températures élevées et basses, des propergols et des produits chimiques exotiques, ainsi que des contraintes, des vibrations et des charges plus élevées. Les matériaux Torlon PAI et PEEK sont tous deux à la hauteur de ces défis de performance pour les applications de matériaux dans les satellites et les véhicules spatiaux habités et non habités.

Les niveaux de radiation dans l’espace sont une autre considération clé liée à la performance à long terme des polymères dans ces applications. Alors que de nombreux matériaux se fragilisent, le Torlon PAI, le PEEK et l’Ultem PEI ont prouvé qu’ils présentaient une bien meilleure résistance à la dégradation des propriétés, même à des niveaux élevés d’exposition aux rayonnements.

C’est ce que confirme un rapport de l’American Composites Manufacturing Learning Center dans les tests qu’il a effectués pour déterminer comment le rayonnement pouvait dégrader les propriétés physiques d’un groupe complet de thermoplastiques. Les tests ont été effectués à des niveaux d’exposition de103 à109 rads. Le Torlon 5030 PAI à haute résistance, un polymère renforcé de verre à 30 % extrudé en pièces et usiné par Drake Plastics, a conservé le niveau requis de propriétés mécaniques pour passer les tests de manière satisfaisante à109 rads, le niveau d’exposition le plus élevé dans les procédures d’essai. Le Victrex PEEK, un autre polymère transformé par Drake Plastics en semi-produits de haute performance et en pièces usinées et moulées, a également réussi à109 rads. Le PEI Ultem 2300 renforcé à 30 % de verre, que Drake fournit dans ses configurations uniques et efficaces Seamless Tube® usinables, a démontré une rétention impressionnante des propriétés à108 rads.

Un autre avantage significatif du PAI et du PEEK de Torlon par rapport à de nombreux autres polymères pour les applications dans les engins spatiaux est qu’ils atténuent les problèmes de dégazage dans le vide dans les environnements en apesanteur. Sur la base de tests approfondis, certains grades de ces deux polymères sont considérés comme des matériaux à faible dégagement gazeux, avec des niveaux de perte de masse totale (TML) inférieurs à 1 % et des matériaux condensables volatils collectés (CVCM) inférieurs à 0,1 %. Les matériaux thermoplastiques présentant ces faibles niveaux sont particulièrement importants dans de nombreuses applications aérospatiales critiques pour éviter la contamination causée par le dégazage dans des environnements à vide poussé. La NASA inclut les qualités sélectionnées de Torlon PAI et PEEK ainsi que les résultats spécifiques de leurs tests dans sa liste de matériaux à faible dégagement gazeux qu’elle tient à jour pour les applications dans les engins spatiaux.

Un autre facteur convaincant de l’utilisation des PAI et PEEK de Torlon dans les applications aérospatiales est leur capacité à conserver leur ténacité et leur ductilité aux températures cryogéniques que subissent les composants critiques dans cet environnement. Compte tenu du risque d’impact accidentel dans les espaces de travail restreints, les températures froides extrêmes et les conditions d’apesanteur de l’espace, la résistance à la rupture figure en bonne place sur la liste des priorités de performance des matériaux utilisés dans les composants, les outils, les conduites de liquide et de gaz, les raccords et autres applications.

Avec leur liste croissante d’applications réussies, Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, PEEK HT haute température et Ultem PEI prouvent leur valeur en tant que matériaux haute performance légers et fiables pour les composants des engins spatiaux. La gamme complète de matériaux polymères légers de Drake Plastics permet aux ingénieurs de choisir la combinaison optimale de résistance, de stabilité, de propriétés de roulement et d’usure et de résistance chimique et thermique la mieux adaptée aux exigences de leur application. En particulier, la ténacité des polymères PAI et PEEK de Torlon à des températures cryogéniques, associée à leurs faibles qualités de dégazage et à leur résistance à la dégradation des propriétés due à l’exposition à des niveaux élevés de radiation, en a déjà fait les matériaux préférés pour une grande variété de composants aérospatiaux.

Applications typiques des matériaux ultra-hautes performances de Drake dans les engins spatiaux

  • Les engrenages sectoriels en Torlon 7130, très résistant et indéformable, permettent de déployer les panneaux solaires des satellites.
  • Les isolateurs en Torlon 4203 et PEEK constituent d’excellentes barrières thermiques et électriques.
  • Le matériel de montage en Torlon PAI et PEEK permet de tout sécuriser, des antennes aux fenêtres en passant par les tuyauteries de fluides et de gaz et les panneaux d’isolation.
  • Les fixations et les vis en Torlon 4203 résistent à la dégradation due à l’exposition aux radiations, conservent une grande résistance et sont plus légères que celles fabriquées à partir de métaux.
  • Les composants du matériel satellitaire en PEI Ultem offrent une grande résistance et un blindage EMI/RFI.
  • Les cales d’usure en PEEK et Torlon PAI préservent la fonctionnalité des systèmes de propulsion des satellites en orbite
  • Les joints des soupapes d’oxydation et les bagues des moteurs de fusée font appel à la résistance chimique, à la robustesse et à la stabilité dimensionnelle du Torlon 4301 dans des conditions extrêmes.