Des proposulseurs exotiques, des contraintes élevées dues à la force g et aux vibrations, des températures, des conditions climatiques et environnementales extrêmes, exposition aux EMI/RFI et aux rayonnements, ainsi que des tolérances serrées sont tous des facteurs importants dans les applications militaires et de défense pour les matériaux plastiques de haute performance. Les polymères à ultra-hautes performances de Drake se sont forgés une réputation impressionnante, avec des décennies de succès, en apportant des solutions à ces défis.
Les polymères à ultra-hautes performances de Drake dans les systèmes d’armements
La précision et les performances irréprochables et fiables dans des conditions extrêmes sont essentielles pour les armes de pointe telles que les lanceurs de missiles portables. La légèreté est également un facteur pour les armes qui sont transportées et lancées par du personnel en mouvement. Les composants des systèmes complexes de visée et de guidage doivent rester dimensionnellement stables dans des conditions environnementales très différentes et résister aux manipulations brutales, aux agents propulseurs agressifs, aux températures de lancement et aux vitesses élevées. La résistance aux flammes inhérente est souvent une condition requise dans la liste des spécifications des matériaux pour les composants utilisés dans ce type d’équipement militaire.
Les polymères à ultra-hautes performances de Drake Plastics apportent des solutions à ces défis techniques depuis des décennies, souvent en offrant des avantages significatifs par rapport aux métaux. Les profils de propriétés uniques des nombreux grades différents de Torlon® PAI, Victrex et Solvay KetaSpire® PEEK, Ryton R-4 PPS et Ultem PEI proposés par Drake sous forme de produits semi-produits usinables et de pièces usinées et moulées par injection offrent une gamme d’options de matériaux et de production. Les ingénieurs ont ainsi la possibilité de faire correspondre les exigences des composants d’armes qu’ils conçoivent avec le matériau optimal et la méthode de fabrication des pièces qui permettront d’obtenir la combinaison la plus efficace et la plus rentable en termes de performance et de coût.
Par rapport aux métaux, ces polymères à ultra-hautes performances résistent à la corrosion due à l’exposition à une vaste gamme de produits chimiques, de lubrifiants et d’agents propulseurs. Ils résistent également aux effets d’une humidité excessive et conservent leur stabilité dimensionnelle dans des conditions extrêmes d’humidité et de température. Tous ces avantages sont essentiels compte tenu de la probabilité d’une exposition prolongée à diverses conditions météorologiques. Comme ils sont beaucoup plus légers que les métaux, ils améliorent également la portabilité des armes et facilitent leur déploiement rapide d’un endroit à l’autre – une exigence courante sur le terrain.
Les grades Torlon PAI et PEEK renforcés par des fibres de carbone et de verre présentent une résistance structurelle et une rigidité exceptionnellement élevées. Avec un faible coefficient de dilatation thermique linéaire comparable à celui des métaux, ils offrent une stabilité dimensionnelle des composants de précision aux deux extrêmes du spectre de température. Ils conservent également leur solidité structurelle à proximité des pics de chaleur intense provoqués par des tirs d’armes répétés. Cette combinaison de haute résistance et de stabilité a été un facteur clé dans leur choix pour les composants qui nécessitent des tolérances dimensionnelles précises pour guider et assurer la précision des lanceurs de missiles portables.
Les radômes, les coupelles d’allumeur, les ailerons, les ailes et les supports de câbles font partie des applications de ces polymères haute performance dans les missiles déployés à partir de plateformes portables et fixes et dans d’autres armes guidées. Les systèmes d’armes complexes font appel au Torlon PAI, au PEEK, au Ryton R-4 PPS et à d’autres polymères haute performance de Drake Plastics pour leur résistance structurelle et leur stabilité dans des conditions d’utilisation très différentes et sévères. Ces matériaux polymères que Drake fournit sous forme de produits semi-finis et de pièces usinables ont prouvé qu’ils pouvaient répondre aux exigences des armes et systèmes d’armes avancés, avec plus de deux décennies de performances réussies.
Applications pour avions militaires dans les polymères haute performance de Drake
Les polymères à ultra-hautes performances de Drake se sont forgés une solide réputation en apportant des solutions aux défis associés à la conception de composants complexes d’avions militaires. Les conditions d’exploitation courantes exigent des matériaux légers qui restent rigides et dimensionnellement stables à proximité de la chaleur intense des moteurs à réaction et à travers les changements rapides et extrêmes de température atmosphérique rencontrés en vol. Le blindage électronique et l’isolation électrique et thermique sont essentiels pour une performance sans compromis des systèmes. Les contraintes subies en vol et les forces d’accélération, de décélération et d’atterrissage exigent que les composants conservent des niveaux élevés de rigidité et de résistance aux chocs. Les agents propulseurs pour missiles et les carburants pour avions imposent une exigence supplémentaire de résistance chimique sans compromis aux matériaux utilisés dans les composants des avions. Les applications qui sont usinées et moulées par injection à partir de la gamme de formulations de Torlon PAI, Victrex et Solvay KetaSpire PEEK, Ryton R-4 PPS et Ultem PEI ont démontré leur efficacité à relever ces défis.
Dans la plupart des cas, les composants sont conçus en Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS et Ultem PEI de Drake dès la phase initiale de conception. Cependant, il existe des exceptions où ces polymères à ultra-hautes performances ont apporté des solutions à des défauts imprévus rencontrés avec les composants métalliques.
À titre d’exemple, les raccords de carburant des réservoirs auxiliaires de l’avion de chasse F-16 étaient à l’origine en acier inoxydable. Les réservoirs auxiliaires offrent au chasseur à réaction un avantage tactique important en augmentant sa portée de 50%. Les raccords humides en métal utilisés pour les réservoirs d’origine ont été jugés peu sûrs en cas de foudre. Plutôt que de s’engager dans une voie coûteuse et incertaine en essayant d’isoler les parties métalliques, les ingénieurs ont relevé le défi de trouver un matériau qui remplacerait directement les composants métalliques. Le matériau devait résister à la dégradation et à la fragilisation dues à l’exposition au kérosène, supporter de fortes vibrations sans défaillance et conserver sa rigidité et ses dimensions à des températures atteignant 200 °C pendant le vol avec postcombustion. L’équipe de développement de Drake a travaillé avec les ingénieurs de l’avion et a identifié le Torlon 4203L comme le matériau présentant la meilleure combinaison de propriétés pour répondre à leurs exigences. Ils ont ensuite spécifié le Seamless Tube®, propriété de Drake, comme forme de matériau à utiliser pour l’usinage des raccords. Les pièces en Torlon 4203L usinées à partir du Seamless Tube® extrudé présentaient des niveaux de contrainte inhérente inférieurs et une ténacité et une résistance supérieures à celles des pièces moulées par injection. La fabrication des raccords à partir de tubes sans soudure Drake au lieu de barres rondes pleines a également permis de minimiser les pertes de matériau et de réaliser des économies importantes en termes de temps d’usinage. Depuis la première connexion produite par l’opération d’usinage de Drake, chacune a passé avec succès le rigoureux test de pression de 45 bars (650psi) requis pour l’application.
De nombreuses applications dans l’aviation militaire des Torlon PAI, PEEK, Ultem PEI et Ryton R-4 PPS usinés et moulés par Drake sont assez similaires à celles des avions commerciaux. Il s’agit notamment de connecteurs électriques, de borniers et de boîtiers d’éclairage pour lesquels la stabilité dimensionnelle, la résistance, les avantages en matière de blindage et les propriétés électriques de ces polymères sont des facteurs clés. Les coussinets, les roulements, les rouleaux, les engrenages, les palettes et les pièces mobiles et coulissantes similaires sont également fabriqués à partir de ces matériaux dans des qualités résistantes aux frottements et à l’usure afin d’obtenir des performances fiables à long terme dans des conditions extrêmes.
Les polymères à ultra-hautes performances de Drake dans les composants de navires de guerre
Il serait difficile de définir un domaine d’application des polymères à haute performance où la fiabilité des systèmes et des composants est plus essentielle que celle des sous-marins nucléaires.
La fiabilité et la sécurité sont primordiales.
L’environnement d’exploitation de la propulsion nucléaire impose des exigences uniques aux matériaux et aux composants utilisés à proximité de cet environnement. Déterminer comment la quantité de rayonnement rencontrée dans chaque application affecte les propriétés des polymères est un facteur clé dans la sélection des matériaux.
Lors de tests à des niveaux élevés de rads, certains matériaux plastiques présentent une chute brutale de leurs propriétés mécaniques. Les conséquences sont une perte de résistance et de ductilité, ce qui indique une forte probabilité de défaillance sous l’effet de contraintes ou de charges d’impact.
Lors de tests réalisés et certifiés par l’American Composites Manufacturing Learning Center, une gamme complète de matériaux thermoplastiques, dont le Torlon PAI, le PEEK et le Ultem PEI, ont été testés à des niveaux d’exposition allant de103 à109 rads. Seule une poignée de matériaux a présenté une conservation satisfaisante des propriétés à des niveaux de106 et plus. Le Torlon 5030 PAI à haute résistance, un polymère renforcé à 30 % de verre, extrudé en 1/2 produit et usiné en pièces par Drake Plastics, a réussi à conserver le niveau requis de propriétés mécaniques pour passer les tests de l’agence à109 rads – le niveau le plus élevé utilisé pour évaluer les matériaux polymères. Le Victrex PEEK, un autre polymère haute performance de Drake pour les produits semi-finis et les pièces, a également réussi à109 rads. Le PEI Ultem 2300 renforcé de 30 % de verre, que Drake fournit dans ses configurations uniques et efficaces Seamless Tube®, a démontré une conservation impressionnante des propriétés à108 rads.
En plus de son historique de performances fiables dans des applications similaires, la conservation de ses propriétés sous exposition aux radiations a incité les ingénieurs de la marine américaine à spécifier le Torlon PAI dans un certain nombre de conceptions de Drake Plastics pour les sièges de vannes à bille et de tubes pour ses sous-marins nucléaires. Grâce à la résistance exceptionnelle du matériau aux effets des radiations, le Torlon PAI fournit et conserve la résistance à la compression, la ténacité et la résistance à l’usure élevées spécifiées pour ces composants.
L’équipe de développement de Drake Plastics a également répondu au défi de la marine américaine, qui souhaitait un matériau à longue durée de vie sous une forme pouvant être utilisée pour les joints de tube d’étambot. La solution : Les Segments d’étanchéité Drake® fabriqués à partir de Torlon PAI. Aujourd’hui, la flotte croissante de navires de la marine américaine fait confiance à des joints formé en arc pour leur grande résistance à la compression, leur robustesse et leur résistance à l’usure à long terme.
Parmi les autres applications des produits polymères haute performance Drake dans les navires de guerre, citons les connecteurs électriques et les réceptacles usinés à partir de Ryton R-4 PPS à haute résistance et résistant aux produits chimiques. Le matériau offre d’excellentes propriétés d’isolation électrique et thermique et d’isolation requises pour une variété de ces composants. Sa résistance chimique est également remarquable, aucun solvant n’ est connu pour le matériau PPS.
Drake Polymères haute performance dans les composants militaires et de défense
- Les ailettes de missiles portables usinées à partir de PEEK renforcé de 30 % de fibres de carbone sont légères, résistantes et rigides, contribuant à la portabilité, la fiabilité et la précision des armes.
- Les radômes bénéficient des propriétés diélectriques, de la haute résistance et de la résistance à la température plus élevée du PEEK KetaSpire XT920 GF30 de Solvay par rapport au grade PEEK standard.
- Supports d’antennes usinés en PEEK chargé de fibres de carbone, utilisé pour ses propriétés exceptionnelles de résistance et de conductivité électrique.
- Les connecteurs électriques s’appuient sur la stabilité dimensionnelle et les propriétés d’isolement et d’isolation du Ryton R-4 PPS.
- Les bagues et les roulements usinés à partir des grades Torlon PAI et PEEK résistants à l’usure offrent des performances fiables dans les avions et les navires de guerre.
- Les réservoirs de carburant auxiliaires et les raccords d’air usinés à partir de Torlon 4203 Seamless Tube® augmentent l’autonomie de vol des avions de chasse.
- Les sièges de vannes à bille usinés en Torlon PAI fonctionnent de manière fiable à long terme dans les sous-marins nucléaires et autres navires de guerre.
- Les joints de tube d’étambot composés de segments de joint Torlon PAI® de Drake servent la flotte croissante des navires de guerre.
