Las aplicaciones de las aeronaves y las naves espaciales plantean exigencias realmente únicas a los materiales. Los polímeros de ultra alto rendimiento de Drake Plastics han demostrado su capacidad para ofrecer soluciones a estos extraordinarios desafíos.

Aplicaciones aéreas de los materiales poliméricos de ultra alto rendimiento

Entre todas las industrias, la aeronáutica tiene uno de los conjuntos más diversos y complejos de componentes y sistemas. Los entornos operativos que deben soportar los materiales de las aeronaves difieren igualmente de forma dramática. Sea cual sea el componente o el sistema, la fiabilidad es primordial, y el peso ligero y el diseño eficiente en cuanto a espacio son prioridades constantes.

Las condiciones de funcionamiento incluyen la exposición a combustibles para aviones, productos químicos de deshielo y lubricantes. Los cambios extremos de temperatura, las altas tensiones y cargas de rodamiento y la necesidad de aislamiento térmico y eléctrico y de transparencia -o blindaje- de EMI/RFI son algunos de los muchos retos que plantea la especificación del material óptimo para los componentes de las aeronaves.

Estos criterios de rendimiento para los diseños de precisión de los componentes de las aeronaves representan un telón de fondo ideal para los productos de polímero de ultra alto rendimiento de Drake. Entre los plásticos para aplicaciones aeronáuticas, nuestros materiales Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, Ultem PEI y AvaSpire PAEK proporcionan a los ingenieros aeronáuticos propiedades físicas superiores en diferentes combinaciones para satisfacer los requisitos de rendimiento de una amplia gama de componentes. Todos estos materiales poliméricos ofrecen niveles únicos de fuerza mecánica y resistencia a la temperatura, resistencia química, rendimiento de los rodamientos y del desgaste, aislamiento térmico y propiedades de aislamiento eléctrico para satisfacer los requisitos más exigentes de forma eficaz y eficiente.

En aplicaciones de aeroestructura, Torlon PAI y PEEK proporcionan la alta resistencia y el aislamiento térmico para un rendimiento fiable en refuerzos para paneles compuestos, incluyendo puntos duros, aislantes térmicos y fijaciones. Los componentes de los rodamientos y del desgaste también aprovechan los grados de resistencia al desgaste de los polímeros de ultra alto rendimiento para obtener resistencia, larga vida útil y funcionamiento de precisión.

Como ejemplo, los casquillos de las puertas de bloqueo fabricados con Torlon PAI demuestran el rendimiento de este polímero de ultra alto rendimiento en componentes críticos de aeronaves en condiciones extremas de temperatura y carga. Las puertas de bloqueo crean el empuje inverso que frena a los aviones a reacción durante el aterrizaje. Los casquillos fijados al conjunto de bisagras de la puerta desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento preciso de estas puertas. El Torlon 4301 PAI estuvo a la altura de las exigencias. Los casquillos fabricados con este grado de PAI mantienen su resistencia y estabilidad a temperaturas que oscilan entre -40o y 500oF (-40o y 260oC), y presentan un bajo desgaste por fricción cuando funcionan sin lubricación.

Los componentes utilizados en los actuadores y controles, en la gestión térmica y de la energía, en los sensores, en la protección de los cables y en otras aplicaciones de sistemas y de apoyo confían en los polímeros de alto rendimiento de Drake por su diferente combinación de propiedades. También es el caso de las aplicaciones en el interior de la cabina para los asientos, los sistemas de refrigeración, los sistemas de oxígeno, la iluminación, los sistemas de residuos de vacío y los equipos de manipulación de la carga. Torlon PAI, Ultem PEI y PEEK combinan el peso ligero y la resistencia a altas temperaturas con la estabilidad dimensional y el aislamiento térmico y eléctrico necesarios para estas piezas de precisión.

En los componentes del sistema de propulsión, Torlon PAI y PEEK combinan una resistencia química excepcional y una gran solidez con la ventaja añadida de la reducción de peso, un objetivo omnipresente en el diseño de aviones. Su versatilidad de aplicación también puede contribuir a diseños de sistemas innovadores que reducen el peso y el coste.

Los ingenieros de Boeing, por ejemplo, determinaron que pasar los conductos hidráulicos a través de los depósitos de combustible en lugar de alrededor de ellos supondría una reducción sustancial del peso en sus aviones de materiales compuestos. El reto era que las líneas hidráulicas tenían que estar aisladas con un material capaz de soportar cantidades de energía térmica y eléctrica muy elevadas. Torlon 4203 PAI fue la solución. Su bajísima conductividad térmica aísla la energía térmica entre el mamparo y el material compuesto. También previene la formación de arcos eléctricos y mantiene su resistencia a las temperaturas que exigen las aplicaciones -40o a 350oF (-40o a 177oC).

Drake Plastics es un reconocido especialista en polímeros de ultra alto rendimiento. Nuestras décadas de experiencia en colaboración han ayudado a los ingenieros a desarrollar soluciones de selección de materiales y producción de piezas para numerosos retos de aplicaciones aeronáuticas como éstas.

Aplicaciones típicas de los polímeros de ultra alto rendimiento de Drake en los aviones

  • Los aislantes y aisladores de Torlon 4203, PEEK, y Torlon 5030 reforzado con vidrio, GF PEEK y Ryton R-4 PPS ofrecen excelentes propiedades de barrera eléctrica. Los grados de Torlon PAI y PEEK no reforzados ofrecen la menor conductividad térmica para un óptimo aislamiento térmico.
  • Los engranajes sectoriales de Torlon 4203 moldeados por inyección mueven sin problemas los álabes guía de entrada en las turbinas de gas
  • Los conectores de baterías en PEEK reforzado con un 30% de vidrio proporcionan aislamiento eléctrico en los sistemas de propulsión
  • Los casquillos de puerta Blocker de Torlon 4301 soportan altas cargas y excursiones a 500 °F y resisten el desgaste sin necesidad de lubricación
  • Los tornillos de Torlon 4203 proporcionan una alta resistencia, transparencia EMI/RFI y un peso reducido frente a las fijaciones metálicas
  • Las carcasas de las luces externas de Torlon PAI y PEEK reforzado con fibra mantienen las dimensiones a temperaturas extremas y resisten los daños causados por los derrames de combustible y los descongelantes.
  • Las conexiones de combustible y aire mecanizadas con Torlon 4203 Seamless Tube® amplían la autonomía de vuelo de los aviones de combate
  • Los bloques de terminales fabricados con Ultem 2300 reforzado con vidrio tienen la estabilidad dimensional y las propiedades eléctricas necesarias para la fiabilidad de los generadores de a bordo

Materiales poliméricos de ultra alto rendimiento en naves espaciales

Las naves espaciales tripuladas y no tripuladas aprovechan muchas de las mismas propiedades que han hecho de los polímeros de ultra alto rendimiento de Drake Plastics una opción probada en las aeronaves. Pero mientras algunos factores de rendimiento son comunes, otros entran en juego a niveles más intensos y otros son completamente exclusivos de las naves espaciales. Estos incluyen el frío extremo, los efectos de la gravedad cero y la posibilidad de desgasificación en el vacíode transiciones severas y repentinas de altas a bajas temperaturas, propulsores y productos químicos exóticos, y mayores tensiones, vibraciones y cargas. Tanto Torlon PAI como PEEK están a la altura de estos retos de rendimiento para aplicaciones de materiales en satélites y vehículos espaciales tripulados y no tripulados.

Los niveles de radiación en el espacio son otra consideración clave relacionada con el rendimiento a largo plazo de los polímeros en estas aplicaciones. Mientras que muchos materiales se resienten, Torlon PAI, PEEK y Ultem PEI han demostrado tener una resistencia mucho mayor a la degradación de las propiedades, incluso a altos niveles de exposición a la radiación.

Así lo confirma un informe del American Composites Manufacturing Learning Center en las pruebas que realizaron para determinar cómo la radiación podría degradar las propiedades físicas de un amplio grupo de termoplásticos. Las pruebas se realizaron con niveles de exposición de103 a109 rads. El Torlon 5030 PAI de alta resistencia, un polímero reforzado con un 30% de vidrio extruido en formas y mecanizado en piezas por Drake Plastics, conservó el nivel requerido de propiedades mecánicas para superar satisfactoriamente las pruebas a109 rads, el nivel más alto de exposición en los procedimientos de prueba. El PEEK Victrex, otro polímero convertido por Drake Plastics en formas estándar de alto rendimiento y piezas mecanizadas y moldeadas, también pasó a109 rads. El PEI Ultem 2300 reforzado con vidrio en un 30%, que Drake suministra en sus configuraciones únicas y eficientes mecanizables Seamless Tube®, demostró una impresionante retención de propiedades a108 rads.

Otra ventaja significativa de Torlon PAI y PEEK sobre muchos otros polímeros para aplicaciones en naves espaciales es su alivio de la preocupación por la desgasificación en vacío en entornos de gravedad cero. Basándose en pruebas exhaustivas, grados específicos de estos dos polímeros se califican como materiales de baja desgasificación con niveles de TML (pérdida total de masa) que miden menos del 1% y un CVCM (material condensable volátil recogido) de menos del 0,1%. Los materiales termoplásticos con estos bajos niveles son especialmente importantes en muchas aplicaciones aeroespaciales críticas para evitar la contaminación causada por la desgasificación en entornos de alto vacío. La NASA incluye los grados seleccionados de Torlon PAI y PEEK y los detalles de los resultados de sus pruebas en su lista de materiales de baja emisión de gases que la agencia mantiene para aplicaciones en naves espaciales.

Otro factor convincente detrás del uso de Torlon PAI y PEEK en aplicaciones aeroespaciales es su capacidad para mantener su dureza y ductilidad a las temperaturas criogénicas que experimentan los componentes críticos en este entorno. Dado el riesgo de impacto accidental en los espacios de trabajo restringidos y las condiciones de temperaturas extremas y gravedad cero del espacio, la resistencia a la rotura ocupa un lugar destacado en la lista de prioridades de rendimiento de los materiales utilizados en componentes, herramientas, conductos de líquidos y gases, acoplamientos y otras aplicaciones.

Con su creciente lista de éxitos de aplicación, Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, PEEK HT de alta temperatura y Ultem PEI están demostrando su valor como materiales ligeros y fiables de alto rendimiento para componentes de naves espaciales. La amplia familia de materiales poliméricos ligeros de Drake Plastics ofrece a los ingenieros la posibilidad de elegir la combinación óptima de fuerza, estabilidad, propiedades de rodamiento y desgaste y resistencia química y a la temperatura que mejor se adapte a los requisitos de su aplicación. En particular, la tenacidad de los polímeros Torlon PAI y PEEK a temperaturas criogénicas, junto con sus cualidades de baja desgasificación y resistencia a la degradación de las propiedades por la exposición a altos niveles de radiación, ya los ha convertido en los materiales preferidos para una amplia variedad de componentes aeroespaciales.

Aplicaciones típicas de los materiales de ultra alto rendimiento de Drake en las aeronaves

  • Los engranajes sectoriales de Torlon 7130, de gran resistencia y estabilidad dimensional, despliegan los paneles solares de los satélites
  • Los aislantes y aisladores de Torlon 4203 y PEEK sirven como excelentes barreras térmicas y eléctricas
  • Los herrajes de montaje en Torlon PAI y PEEK aseguran todo, desde las antenas hasta las ventanas y las tuberías de fluidos y gas y los paneles de aislamiento
  • Los sujetadores y tornillos de Torlon 4203 resisten la degradación por la exposición a la radiación, mantienen una alta resistencia y son más ligeros en comparación con los fabricados con metales.
  • Los componentes de hardware de los satélites en Ultem PEI proporcionan alta resistencia y blindaje EMI/RFI
  • Las cuñas de desgaste en grados de rodamiento de PEEK y Torlon PAI mantienen la funcionalidad en los sistemas de propulsión de satélites en órbita
  • Las juntas de las válvulas de oxidación y los casquillos de los motores de cohetes confían en la resistencia química, la solidez y la estabilidad dimensional de Torlon 4301 en condiciones extremas