航空宇宙部品として使用できるプラスチック

プラスチックの特性により、航空宇宙用途に適しているため、航空宇宙設計におけるプラスチック部品の使用は、過去45年間で4倍になりました。

プラスチックは金属よりもはるかに軽いため、より動的な設計や軽量な航空機部品に適しているため、燃料を大幅に節約できます。 重量対強度比の利点は、同じ強度を達成するために、プラスチックの重量が金属の7分の1、またはアルミニウムの半分だけであることを意味します。 また、プラスチックは、過酷な環境での用途に適した耐食性と、比較的高い熱的および機械的安定性も備えています。

ガラスと比較して、透明なプラスチックには、航空宇宙製造アプリケーションでいくつかの利点があります。 透明なプラスチック部品は重量が軽く、ガラスよりも高い耐衝撃性を提供します。これは航空機の重要な安全要因です。 透明なプラスチックはいくつかの方法で形成でき、頑丈で透明で複雑な部品にできます。

多くの航空機用途では、ベアリングとシャフトに高い表面潤滑性が必要ですが、場所によっては潤滑が難しい場合があります。 新しい自己潤滑プラスチック技術は多くの場合この問題を解決し、最小限のメンテナンスなしで長寿命を実現します。

非常に効率的な電気絶縁体として、プラスチックは航空宇宙用途の第一の選択肢です。 多くのプラスチックはこの自然な絶縁能力を持っているため、材料の選択範囲が広くなりますが、一部のプラスチックはほぼゼロの導電性を提供します。 軍事用途では、プラスチックはレーダーの検出を防ぐための効果的な絶縁材料です。

さらに、プラスチックは設計において大きな柔軟性を提供します。 今日、エンジニアは、あらゆる用途の高い要求を満たすために選択できる幅広い高性能の熱可塑性プラスチックと複合材料を持っています。

最後に、プラスチック部品の製造は一般に経済的であり、鍵は、幅広い製造方法からほとんどのプロジェクトに最適な方法を選択することです。

航空プラスチック部品の進化

歴史的に、航空宇宙産業とプラスチック産業は、すべて第二次世界大戦で非常に近づいてきました。

戦争の出現は、戦闘で使用される航空機の開発を加速しました。 1940年、ルーズベルト大統領は戦争を支援するために軍用機の年間生産を10,000から50,000に増やしました。 同時に、戦時中の金属やゴムなどの重要な産業材料の不足により、航空宇宙製造を含む製造におけるプラスチックの使用が急速に促進されました。

航空宇宙産業のエンジニアは、最初はビニールを使用して、特に燃料タンクとパイロットブーツの内側のゴム部品を交換していました。 次に、プラスチックを使用して、レーダーデバイスを覆うレドームを作成します。 電磁波はほぼ透明であるため、透過率を最大化するためにプラスチックがすぐに使用されます。

エンジニアがプラスチックの特性を活用する新しい方法を発見すると、連鎖反応が成功しました。 1960年代と1970年代に、高性能プラスチックの開発により新しい扉が開かれました。 今日、航空宇宙メーカーが必要な部品を手に入れるのに役立つ最速かつ最も費用対効果の高い材料であるFAA承認部品市場では、航空宇宙プラスチック部品が広く使用されています。 プラスチック部品は、胴体コンポーネントからブッシング、ベアリング、ブラケットなど、航空宇宙用途で使用されています。

航空宇宙用途の多くのプラスチック部品は、成形または押し出しではなく機械加工されています。 機械加工は、交換が必要な部品の数が限られている場合に最適な選択肢です。これは、実現可能な非常に高い性能と精度、および航空宇宙設計に必要な非常に厳しい公差のためです。

さらに、機械加工は通常はるかに安価です。 膨大な数の部品を製造する場合を除き、金型を開くコストは非常に不経済です。 射出成形ツールのコストは30,000ドルにもなります。 数千の部品が必要な場合、型開きのコストは許容できますが、航空業界では通常、一度に必要な部品は100個以下です。

明らかに、交換部品は同じプラスチックで作られている必要があります。 少し前まで、航空宇宙メーカーは元の部品のサンプルを複製のためにプラスチックのサプライヤーに提供していました。 今では、プラスチックエンジニアがFAA承認済みのサンプルをCAD設計から直接取得できるようになりました。

航空プラスチック

数多くの高性能プラスチックから選択できるため、エンジニアは特定の用途に最適な材料を選択できます。 以下は、航空宇宙産業で一般的に使用されるプラスチックの一部です。

デルリン（POM）-この材料は、耐クリープ性、強度、剛性、硬度、寸法安定性、靭性を組み合わせて、金属と通常のプラスチックとの間の隙間を減らします。 耐溶剤性、耐燃料性、耐摩耗性、低摩耗、低摩擦です。 基本的な機械的表面特性により、軸受は中程度の摩耗に耐えることができます。

Ultemポリエーテルイミド-これは、機械的、熱的、電気的特性を兼ね備えたアモルファス熱可塑性ポリエーテルイミド（PEI）材料です。 その機械的強度、耐熱性、耐食性、その他の特性、および簡単な処理と表面処理は、多くの航空宇宙用途で使用できます。

ポリカーボネート-これは、加工が容易で、優れた耐熱性を備えた耐久性のある高性能プラスチックであり、透明性のために光学部品に適しています。 アクリルの25倍の衝撃強度を持つ高強度素材です。

ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）–強度、剛性、硬さを兼ね備えたポリマーで、高温、高湿度、高負荷を伴う用途に最適です。 ポリエーテルエーテルケトンは、耐摩耗性、耐薬品性、耐湿性、強度、剛性を備えています。 また、良好な摩擦および耐摩耗性を示します。 それは耐加水分解性を提供し、深刻な劣化なしに長期間高圧水と蒸気にさらされることができます。 ポリエーテルエーテルケトンは、耐熱性があるため、加工温度が従来のプラスチックが耐えることができる限界を超える場合に理想的な選択肢です。

トーロン-このプラスチックは非常に高い温度に耐えることができます。 さらに、トーロンは、優れた強度、靭性、剛性、耐久性、耐衝撃性を提供します。 その耐熱性と耐圧性は、自己潤滑性と相まって、ベアリングに最適です。

ナイロン-主にその靭性と強度によるコア材料。 摩耗に強く、耐摩耗性に優れています。 また、処理が簡単で、軽量で、費用対効果に優れています。 耐摩耗性に優れているため、多くの場合、金属、ゴム、その他の材料で作られた部品の代替品です。

超高分子量（UHMW）材料-エンジニアが機器の効率を向上させ、耐摩耗性と騒音低減性能を向上させたい場合、プラスチック部品の製造に超高分子量ポリエチレンを選択します。 UHMWは、温度、耐衝撃性、耐摩耗性などの優れた性能も提供します。 スチールやアルミニウムよりも摩擦係数が低い。

テフロン-これは、高純度と不活性が必要な高温および化学環境での使用に適したフルオロカーボンです。 幅広い温度と負荷にわたって性能を維持し、航空宇宙産業でシーリングおよび耐薬品性用途に一般的に使用されています。

ポリスルホン-この材料は熱安定性が高く、完成部品は安定しており、連続荷重および高温下でのクリープおよび変形に対して耐性があります。 引張強度が高く、温度が上昇しても曲げ弾性率は高いままです。 ポリスルホンは、水性鉱酸および酸化剤に対して非常に耐性があり、高温および中程度の圧力レベルでも多くの非極性溶媒に対して耐性があります。

航空宇宙産業の発展に伴い、プラスチックとその用途も開発されました。 プラスチックのユニークな組み合わせと新しいプラスチック材料の継続的な開発により、航空宇宙産業の革新においてプラスチックが引き続き重要な役割を果たすと信じる理由があります。