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扒一扒工程塑料在航空航天领域的应用姚国祯

姚国祯
2022年06月30日

扒一扒工程塑料在航空航天领域的应用

4月29日，长征五号B遥二运载火箭搭载空间站“天和核心舱”，在海南文昌航天发射场发射升空。目前，中国空间站“天和核心舱”已发射入轨。天和核心舱是中国空间站“天宫”的组成部分

众所周知，在航空航天领域，对材料和技术水平要求比较苛刻。“天和核心舱”中运用到的塑料也是高强度、耐高温的材料。有哪些塑料会应用到尖端科技领域呢？下面，小编带你涨涨姿势。

1. 聚碳酸酯

聚碳酸酯PC是一种高级的航天复合树脂，也是目前市面上最高级的塑料，俗称防弹胶。它具有优良的综合性能：机械强度高、韧性好、耐冲击强度极高、耐热耐候性透明性好、尺寸精度和稳定性高、易着色、吸水率低，可长期在120～130℃的工作温度下使用。

阻燃PC塑料颗粒

与其他塑料材料不同的是，PC 树脂无毒无味，不释放任何有害物质，其独特的阻燃、耐磨、抗氧化等结构上的特殊性，使其广泛使用于医疗、军工、航天、防护等特殊领域。

PC在航空、航天技术领域的应用也日趋增加。PC层压板广泛用于飞机舱罩，照明设备、工业安全档板和防弹玻璃。据统计，仅一架波音型飞机上所用聚碳酸酯部件就达2500个，单机耗用PC约2吨，而在宇宙飞船上则采用了数百个不同构型并由玻璃纤维增强的PC部件及宇航员的防护用品。

2. 聚酰胺

改性尼龙新材料是航天技术发展的重要物资基础，一代新型航天产品的诞生往往建立在一大批先进新型材料研制成功的基础上，同时也可以带动许多新材料项目的快速启动和应用。

改性尼龙材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂等。

尼龙件制品的描述：突出的耐磨性能，它的摩擦系数通常为0.1-0.3作为酚醛塑料布1/4，巴式合金的1/3是一种优异的自润滑材料良好的机械性能。尼龙制品的硬度大，并具有较高的抗张性，抗弯曲度和冲击强度及较高的延伸，它的抗压强度和金属不相上下，它的疲劳强度和铸铁和铝合金同等水平。稳定的化学稳定性，它对化学物无论是弱碱、醇脂、碳氢化合物，油脂均不受影响。比重轻，具有韧性好、耐磨力强，耐油，抗震等特点，适用于制作耐磨零件，传动结构件，家用电器零件，汽车制造零件，防止机械零件，华工设备，电器绝缘零件。如涡轮、齿轮、轴承、叶轮、叶片、丝杆、高压垫圈、密封圈、螺母、螺丝、梭子、套筒、轴套连接器等。

世界各大宇航公司和飞机制造商都在寻找性能可靠、适应性强、加工简便、对破坏性事故有强大抵御能力的复合材料。而改性尼龙作为最早在航空航天领域获得应用的热塑性材料，现在已成为航空航天材料中不可缺少的一部分。

改性尼龙具有较强的抗辐射能力，可以用作飞机、卫星等特使材料的包覆材料;其优异的机械性能可制成飞机耐热的各种连接器、耐候抗蠕变的天线罩;用PEKK为基体的碳纤维和玻璃纤维增强复合材料可以用于飞机和飞船的机舱、门把手、操纵杆以及直升飞机尾翼等。其优异的阻燃性能，燃烧时的发烟量和有毒气体的释放量少，常被用来制造飞机的内部零件;还可用来制造火箭的电池槽、螺栓、螺母和火箭发动机的内部零件。

3. 聚醚醚酮

聚醚醚酮树脂最早是在航空航天领域里获得应用。用来代替铝，钛等其他金属材料制造成飞机内，外零部件。

PEEK属于低密度，良好的加工性能，可以直接加工成要求精密的零件。PEEK良好的耐水解性与耐腐蚀性用来制作飞机外部零件。PEEK本身具有优异的阻燃性，常用来做飞机的内部零件。

PEEK在飞机中具体应用部件：

发动机

PEEK在大多数发动机应用方面的主要性能是耐高温以及和润滑材料接触时的相互摩擦作用。PEEK材料长期使用温度260度，可以承受发动机局部过热情况。

飞机外装件

喷气飞机外装部件的耐磨性取决于材料表面于大气中的雨滴或微立物质的冲击。试验表面PEEK具有较好的耐雨蚀性。

飞机内装件

PEEK杰出的阻燃性能，力学性能，耐蠕变性以及耐疲劳性，通过航空运输应用方面的要求充分显示出来，二重量以及比普通结构材料更容易加工，适用制造：变压器外壳，蓄电池架，以及燃油管道托架等。

发动机整流罩

机翼上的整理罩，使围绕喷漆发动机的翼间支柱组件的气流呈流线形。这种大型部件通常是用低密度的金属制成，已经被PEEK取代。目前波音757-200系列飞机使用PEEK整流罩，取得模范的服役记录，这表明它可能用于其他类似的高性能部件上。

4. 聚芳醚酮

聚芳醚酮是一类亚苯基环通过醚键和羰基连接而成的聚合物。按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物。

由于分子结构中含有刚性的苯环，PEAK具有良好的耐高温型，抗化学腐蚀、抗辐射性能也非常优异。分子结构中的醚键又使其具有柔性，因此可以用热塑性工程塑料的加工方法进行成型加工。

作为重要的特种工程塑料，PEAK的价格不菲，多用于与高技术相关的宇航领域，或技术要求比较高的汽车工业、电子电气工业及机械工业的一些结构部件。

5. 液晶聚合物

LCP是指在一定条件下能形成液晶态的高分子材料，是近年来发展最快的新型材料之一。

LCP特点是，具有高强度、耐磨、耐高温、阻燃、低发烟量等特性，化学稳定性佳电绝缘性优良。在航天、航空、军事工业等领域，有广泛的应用前景，可用于飞机内部的各种零部件。

6. 聚酰亚胺

PI是最早出现的耐高温、高强度的特种工程塑料，在耐热性工程塑料中占有极其重要的地位。PI耐辐射性能优良，耐电晕性优于其他工程塑料。同时，PI耐高温、耐低温，拉伸强度高，耐损耐磨。

PI可用于航空航天领域，如飞机发动机部件、飞机内部结构件等。

7. ABS塑料

ABS是由丙烯晴、丁二烯和苯乙烯单体接枝共聚而成的三元共聚物，具有三种组分的共同性能，坚韧、质硬、刚性，属于热塑型塑料。

ABS最突出的是抗冲击性能优异，强度高，耐磨性佳，耐化学腐蚀。由于技术进步，生产成本下降，加上应用广泛，目前将ABS由原来的工程塑料，变为通用塑料，成为五大通用塑料之一。

在航空工业领域，ABS塑料在飞机上应用正逐渐增加，如用作仪表盘、机罩等，可以减轻飞机重量。

在科学技术日新月异的今天，或许会有更多工程塑料和改性塑料登上应用舞台，我们将持续关注。