Les propergols exotiques, l’ablation, les contraintes liées aux forces g et aux vibrations, les températures, les conditions météorologiques et environnementales extrêmes, l’exposition aux EMI/RFI et aux radiations, ainsi que les exigences en matière de tolérance de précision sont autant de facteurs qui entrent en ligne de compte dans les applications militaires et de défense pour les matériaux plastiques à hautes performances. Les polymères ultra-hautes performances de Drake ont fait leurs preuves depuis des décennies en apportant des solutions à ces défis.
Polymères ultra-haute performance de Drake dans les systèmes d'armes
La précision et la fiabilité des performances dans des conditions extrêmes sont essentielles pour les armes de pointe telles que les lanceurs de missiles portables. La légèreté est également un facteur à prendre en compte pour les armes transportées et lancées par le personnel en déplacement. Les composants des systèmes complexes de visée et de guidage doivent rester dimensionnellement stables dans des conditions environnementales très différentes et résister à une manipulation brutale, à des propergols agressifs, à des températures de lancement et à des vitesses élevées. La résistance inhérente à la flamme est souvent une exigence figurant sur 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 d’ingénierie 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 formes usinables et de pièces usinées et moulées par injection offrent une gamme d’options en matière 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 efficiente en termes de performances et de coûts.
Par rapport aux métaux, ces polymères à très 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 de l’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. Parce qu’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, ce qui est une exigence courante sur le terrain.
Les grades de Torlon PAI et PEEK renforcés de fibres de carbone et de fibres de verre présentent une résistance structurelle et une rigidité exceptionnelles. Avec un faible coefficient de dilatation thermique comparable à celui des métaux, ils offrent une stabilité dimensionnelle dans les composants de précision aux deux extrêmes du spectre de température. Ils conservent également leur résistance structurelle à proximité des pics de chaleur intense provoqués par les tirs répétés des armes. Cette combinaison de haute résistance et de stabilité a été un facteur clé de leur choix pour les composants qui nécessitent des tolérances dimensionnelles précises pour guider et assurer la précision des lanceurs de missiles portables.
Les radomes, les coupelles d’allumage, les ailerons, les ailes et les supports de câbles figurent parmi les applications de ces polymères à hautes performances dans les missiles déployés à partir de plates-formes portables et fixes et dans d’autres armes guidées. Ces systèmes d’armes complexes tirent parti des polymères Torlon PAI, PEEK et Ryton R-4 PPS de Drake Plastics, ainsi que d’autres polymères haute performance, pour garantir une résistance structurelle et une stabilité optimales dans des conditions d’utilisation très variées et extrêmes. Ces matériaux polymères, que Drake fournit sous forme de semi-produits usinables et de composants, ont prouvé leur capacité à répondre aux exigences des armes et des systèmes d’armes de pointe grâce à plus de trois décennies de performances éprouvées.
Applications pour l'aviation militaire dans les polymères haute performance de Drake
Les polymères ultra-hautes performances de Drake ont fait leurs preuves en apportant des solutions aux défis liés à la conception de composants complexes pour 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 que l’on connaît en vol. Le blindage électronique et l’isolation électrique et thermique sont essentiels à la performance sans compromis des systèmes. Les contraintes 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 propulseurs de missiles et les carburants pour avions imposent aux matériaux utilisés dans les composants aéronautiques une exigence supplémentaire de résistance chimique sans compromis. Les applications 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 pour relever ces défis.
Dans la plupart des cas, les composants sont conçus à partir des matériaux Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS et Ultem PEI de Drake dès la phase initiale de conception. Toutefois, il existe des exceptions où ces polymères à très hautes performances ont apporté des solutions à des problèmes imprévus rencontrés avec des composants métalliques.
Par 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 confèrent au chasseur à réaction un avantage tactique important en augmentant son rayon d’action de 50 %. Les raccords en métal mouillé utilisés avec les réservoirs d’origine ont été jugés dangereux en cas de foudre. Plutôt que de s’engager sur la voie coûteuse et incertaine de l’isolation des pièces métalliques, les ingénieurs ont relevé le défi de trouver un matériau capable de remplacer 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 inhérents inférieurs et une ténacité et une résistance supérieures à celles des pièces moulées par injection. La production des tubes sans soudure de Drake au lieu de barres rondes solides a également permis de minimiser les pertes de matière et de réaliser des économies significatives en termes de temps d’usinage. Dès le premier raccord produit par l’atelier d’usinage de Drake, chacun a passé avec succès le test de pression rigoureux de 45 bars (650 psi) requis pour l’application.
De nombreuses applications des matériaux usinés et moulés de Drake (Torlon PAI, PEEK, Ultem PEI et Ryton R-4 PPS) dans l’aéronautique militaire sont très similaires à celles de l’aéronautique civile. 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 bagues, les roulements, les rouleaux, les engrenages, les palettes et les pièces mobiles et coulissantes similaires sont également produits à partir de ces matériaux résistants aux roulements et à l’usure, afin d’obtenir des performances fiables à long terme dans des conditions extrêmes.
Les polymères ultra-haute performance de Drake dans les composants des navires de guerre
Définir un domaine d’application pour les polymères à haute performance où la fiabilité des systèmes et des composants est plus essentielle que celle des sous-marins nucléaires serait un défi de taille.
La fiabilité et la sécurité sont primordiales.
L’environnement opérationnel de la propulsion nucléaire impose des exigences uniques aux matériaux et composants utilisés à proximité. 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 d’essais 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 charges de stress ou d’impact.
Dans le cadre d’essais menés et certifiés par l’American Composites Manufacturing Learning Center, une gamme complète de matériaux thermoplastiques, notamment le Torlon PAI, le PEEK et l’Ultem PEI, a été testée à des niveaux d’exposition compris entre10³ et 10⁹ rads . Seule une poignée de matériaux a présenté une rétention satisfaisante des propriétés à des niveaux de106 et plus. 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 avec succès les tests de l’agence à109 rads – le niveau le plus élevé utilisé pour l’évaluation des matériaux polymères. Le Victrex PEEK, un autre polymère Drake de haute performance pour les semi-produits et les pièces, 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®, a démontré une rétention impressionnante des propriétés à108 rads .
Outre la fiabilité de ses performances dans des applications similaires, la conservation de ses propriétés sous exposition aux radiations a incité les ingénieurs de l’US Navy à spécifier le Torlon PAI dans un certain nombre de conceptions de Drake Plastics pour les sièges de soupapes à bille et de tubes de ses sous-marins nucléaires. Grâce à la résistance exceptionnelle du matériau aux effets du rayonnement, le Torlon PAI offre et conserve la résistance élevée à la compression, la ténacité et la résistance à l’usure spécifiées pour ces composants.
L’équipe de développement de Drake Plastics a également relevé le défi lancé par la marine américaine, qui souhaitait disposer d’un matériau à longue durée de vie sous une forme pouvant être utilisée pour les joints des tubes d’étambot. La solution : Les Drake Seals Segments® fabriqués à partir de Torlon PAI. Aujourd’hui, la flotte croissante de navires de la marine s’appuie sur ces composants de joints en forme d’arc pour leur grande résistance à la compression, leur ténacité et leur résistance à l’usure à long terme.
Parmi les autres applications des produits polymères haute performance de Drake dans le domaine naval, on peut citer les connecteurs et prises électriques usinés à partir de Ryton R-4 PPS, un matériau à haute résistance mécanique et résistant aux produits chimiques. Le matériau offre d’excellentes propriétés d’isolation électrique et thermique, ainsi que les propriétés d’isolation requises pour une variété de ces composants. Sa résistance chimique est également remarquable, aucun solvant n’étant connu pour le matériau PPS.
Drake Polymères à haute performance dans les composants militaires et de défense
- Les ailettes de missiles portables, usinées à partir de PEEK renforcé à 30 % de fibre de carbone, sont légères, résistantes et rigides, ce qui contribue à la portabilité, à la fiabilité et à la précision des armes.
- Les radômes tirent parti des propriétés diélectriques, de la haute résistance mécanique et de la meilleure résistance aux températures élevées du PEEK KetaSpire XT920 GF30 de Solvay par rapport au PEEK standard.
- Supports d’antennes usinés en PEEK renforcé de fibres de carbone, un matériau choisi pour ses propriétés exceptionnelles en termes de résistance mécanique et de conductivité électrique.
- Les connecteurs électriques s’appuient sur la stabilité dimensionnelle et les propriétés d’isolation et d’isolement du Ryton R-4 PPS.
- Les bagues et les roulements usinés à partir de Grades de Torlon PAI et de PEEK, résistants à l’usure et adaptés aux roulements, offrent des performances fiables dans l’aéronautique et la marine.
- Les raccords pour le réservoir de carburant auxiliaire et le circuit d’air, usinés à partir de tubes sans soudure Torlon 4203 Seamless Tube®, permettent d’augmenter l’autonomie de vol des avions de chasse.
- Les sièges de soupape usinés à partir de Torlon PAI offrent des performances fiables à long terme dans les sous-marins nucléaires et autres navires de guerre.
- Les joints de tube d’étambot composés des segments d’étanchéité Torlon PAI Seal Segments® de Drake équipent une flotte de navires de plus en plus importante.
