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高性能聚合物制造的航空系统部件如何降低维护成本

2011年11月03日15:44:18 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T
关键字:航天 应用 

 

- Ken Smith,圣戈班高功能塑料集团Meldin®产品经理

 

    全球经济挑战以及日益上涨的燃油成本使航空工业深受影响。2011年9月,航空煤油的价格升至129美元一桶,逼近2008年的纪录高点。据航空工业分析家称,虽然航空工业的利润呈上升趋势,但其上涨幅度预计将远低于2010年。 

 

    但是这也不完全是坏消息。虽然,经济形势不利于更换飞机,但是,老化机队肯定要被换掉,虽然这一过程比较缓慢。据国际航空运输协会(IATA)称,到2020年,应该有价值1.3万亿美元的1.2万架新飞机交付使用。在接下来的十多年内要保持这种投资水平,机队所有者必须将重点放在保养现有飞机和关键系统的经济有效的方法,同时降低总体运行成本,实现利润。

 

    维护成本通常占飞机所有相关运行成本的10-20%。对于大型商业承运公司来说,全部算进去这个成本可达每年十亿美元之多。采用经久耐用的高性能材料制成的部件增强关键飞机系统,不失为一种安全地减少更换和维护、保证盈利的好方法。具有最佳性能的耐久部件价值相当于与其重量相同的黄金。 

 

采用聚酰亚胺保持卓越

 

    机队所有者面临的挑战是为关键零部件寻找可以耐受苛刻航空航天环境的理想材料,这些苛刻环境包括极端高温、腐蚀性化学物质和剧烈振动。 

 

    聚酰亚胺零部件具有耐久性 – 这对寻求缩减维护成本的机队所有者来说十分理想。例如,聚酰亚胺具有与之俱来的较轻重量 – 比铝和钢等传统零部件材料要轻。随着燃油成本持续上升,航空系统中采用重量轻的零部件越来越重要。零部件采用重量轻的聚酰亚胺制造的明显好处是减轻了航空系统的重量和飞机的总重量,降低了燃油消耗。但是,在整个飞机系统上还可以看到另外一个较不明显但非常重要的好处,就是在其它关键零部件的性能方面的杰出表现。一架飞机上有数千个活动部件,聚酰亚胺降低了金属对金属接触而引起的损伤,减少了这些金属部件因磨损引起的维护和更换。 

 

    在深具挑战性的航空应用中,高温性能是耐久性的另一个重要方面。例如,喷气发动机的各种零部件会产生315°C (600°F)的高温,因此,这些零部件的完整性和性能绝对非常重要。聚酰亚胺部件可在高达315°C (600°F)的条件下连续使用,在高达482°C (900°F)的条件下间歇使用,且在高温下具有极高的尺寸稳定性(参见:图1)。这意味着即使在高温下,它们也不会熔融,而是保持原形。试验表明,采用高性能聚酰亚胺增强的零部件,在持续两天的周期内从22.77°C (73°F)到260°C (500°F)循环时,其尺寸变化不到原尺寸的0.04%。 

 

    此外,聚酰亚胺零部件还能非常好地承受热冲击。热冲击是一个描述在快速温度变化条件下开裂的技术术语。陶瓷等材料的导热性较低,更容易受热冲击的影响。聚酰亚胺的导热性较高,增加了材料的总体尺寸稳定性。

 

 

总变形(%)

 

 

      图1:Meldin® 7021高温聚酰亚胺在不同负荷和温度条件下的经时蠕变

 

    聚酰亚胺还具有优异的隔热性能。考虑到飞机内部复杂的工作条件,这一点至关重要。例如,在除冰系统中,采用金属管将热空气从喷气发动机送往机翼。金属管周围和紧靠金属管的聚酰亚胺部件可以防止产生的热量进一步输送到机翼结构、其它敏感系统和装置。聚酰亚胺将高温金属管隔离,确保热量不会传输到机翼其它部分而导致加速其它关键部件的磨损,从而最终缩减了更换和维护成本。 

 

 

    耐久性超高的聚酰亚胺部件的高负荷和高速度条件下的使用寿命更长,部分原因就是其自润滑性能。它们不需要使用工业润滑剂来保持高效运行,可以降低费用、缩短时间和减少工作量。聚酰亚胺的自润滑牌号产品在暴露于高负荷或高速度应用时不会熔融。它们还消除了微动磨损的可能性。当两个啮合金属部件因快速而反复的振动而发生腐蚀时,会出现微动磨损。聚酰亚胺部件的自润滑特性,加上减振能力,使其能够用于振动界面位置而不会发生微动磨损。卓越的强度和刚性,再有自润滑特性,使聚酰亚胺部件为航空系统的关键应用提供长久的免维护运行。

 

    此外,即使在高温下,聚酰亚胺也可以耐各种化学物质、燃油和航空润滑剂。聚酰亚胺部件与这些物质的混合物接触时并不会发生腐蚀。这一点非常重要,只要想一下飞机及其各系统运行中使用工业化学品的范围,其中包括乙醇、甲苯、JP-4喷气发动机用燃油、特种液压工作油和液压油。

 

    最后,聚酰亚胺具有优异的耐磨性能。这意味着聚酰亚胺制成的零部件在使用时不容易磨损,可以保持系统和其部件之间的间隙。当零部件互相碰撞和刮擦时,您不想因部件腐蚀而导致部件嘎嘎作响和振动。这对于任何航空系统的零部件或整体性能甚为不利。磨损低就等于减少维护却能达到更长的使用寿命和更好的性能。

 

控制工艺、控制成本

 

    进行工艺控制可以提高质量保证水平,这一点与选择正确材料同样重要。为了确保航空成品部件的性能,延长使用寿命,机队所有者和OEM应与材料供应商密切合作,在从粉末至成品零部件的航空系统部件开发中发挥更为积极的作用。向可提供帮助的材料科学专家和工程师(如Meldin的材料科学专家和工程师)咨询,有助于确保材料和零件设计规格恰到好处,同时大量的产品实验也可以确保其性能。这样就可以得到理想的零件,这些零件能够长时间地高水平运行而不需经常进行维护。

 

    在富有挑战的经济形势下,机队所有者必须尽其所能,在不牺牲安全或性能的条件下,尽可能以有效的经济效益方式运作。维护是可以安全地降低运行成本的领域,这可以从关键的飞机系统采用高性能部件开始。与材料科学专家密切合作,共同将零件设计得恰到好处,有助于确保高级聚酰亚胺(如Meldin 7000)制成的零部件兼具各种性能。采用能够耐受挑战性航空环境的耐用部件,意味着使用寿命更长、维护更少、部件更换率更低。机队所有者将得到可帮助他们保证盈利、保持飞机随时能上天翱翔的优质部件。

 

圣戈班高功能塑料集团介绍

 

    圣戈班高功能塑料集团是设计和制造定制密封件和塑料聚合物零部件的行业领导者。圣戈班高功能塑料集团在材料和产品创新方面拥有长达50多年的丰富经验,是广受认可的综合解决方案供应商,为极端应用环境提供高性能的材料。我们的产品范围还包括推力垫圈、密封圈、衬套、轴承和其他零部件。欲了解Meldin 7000 系列聚酰亚胺牌号的更多信息,敬请登陆我们的网站www.Meldin.com

 

 

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