塑料在飞机中的典型应用

尼龙6材料

工程塑料作为质量轻,耐冲击,比强度大,电绝缘性能优良,耐腐蚀,耐磨和成型工艺简便的材料,在飞机上的应用极为广泛,几乎所有的工程塑料及其增强材料都可以在飞机上找到自己的合适位置,发挥作用。

工程塑料在飞机上的应用部件大体上可分为电气零部件、结构件、内部装饰件和透明件等几类。

电气零部件

    飞机上使用工程塑料最早是为了利用其优良的电绝缘性能,主要用于电机、电器、仪表、输电系统等方面制造线圈骨架、接线板、插座、插接件、开关以及导线的绝缘层和保护套管等。例如,ABS、聚碳酸酯、改性聚苯醚、PBT 和聚酰胺等用于制造电气导管、调整器、连接器、各种开关等电器零部件;聚醚醚酮用于制造飞机的雷达零件和天线罩;均苯型聚酰亚胺薄膜因具有优异的耐热性和良好的电绝缘性能,用于制造航空导线和电缆的绝缘保护层等。

    结构件

    用工程塑料代替金属制造飞机发动机和各种附件上的结构零件,包括自润滑轴承、轴瓦、密封圈、挡圈、紧固件、仪表壳体、凸轮、滑轮、齿轮、衬套、卡箍及各种垫片等,是扩大工程塑料在飞机上应用的一个重要方面。例如,聚醚醚酮可用于制造发动机的各种零件;聚酰胺和聚甲醛可用于制造飞机上使用的各种滑轮、凸轮、挡圈、卡箍、齿轮等;聚四氟乙烯具有优良的自润滑性能,可用于制造飞机上使用的轴承;聚酰亚胺模塑料代替青铜制造飞机发动机前框架耐磨衬套;玻璃纤维增强聚酰亚胺模塑料用于制造喷气发动机尾喷管和鱼鳞片等。

    内部装饰件

    内部装饰件是塑料在飞机上应用的另一重要方面。例如,一架波音 727 客机,总重为 77,180kg,使用的塑料 2,730kg,其中用作内部装饰件的塑料为 908kg。这些内部装饰件包括行李舱架、地板、衬垫、座椅、窗框、隔音绝热材料和粘贴装饰材料等。在客舱内大面积使用的装饰壁板、天花板、贮物箱、分舱板等表面都粘贴有装饰效果良好又具有阻燃性能的聚氟乙烯薄膜。

    塑料在飞机内部装饰件上的应用

    名称加工方法名称
    聚碳酸酯旋转模塑、注射窗框、书报架、废物箱、座椅、旅客服务设施、小桌板、地毯镶边
    ABS注射、挤出座椅扶手、门内侧壁板、门内饰件
    聚酰胺注射、挤出座椅靠背、弹性座垫、壁板、手提篮
    聚砜旋转模塑、热成型通风及排泄管
    聚氟乙烯薄膜挤出壁板、天花板等表面粘贴
    聚醚砜注射窗框边槽、遮阳帘轨、门把手、手柄、插销、氧气面罩外壳、电话机、旋钮
    聚醚砜挤出装饰板、弹射座椅罩
    聚醚砜真空成型、热成型遮阳板、灯罩、食品盒、卫生间纸箱、杂志架、放映机外壳

    透明零部件

    透明件是指在飞机上用于观察和采光的透明材料制件,包括风挡、座舱盖、机头罩、形状各异的舷窗、透明隔板、机内的仪表表面板、旅客采光灯罩和各种飞机的航行灯罩等。由于透明件是机身结构的一部分,为保持机体有良好的气动外形,大多数透明件具有精确的曲面外形,在飞行中能承受气动载荷、增压载荷和气动力加热。因此,透明件既是结构件又是功能件,是飞机上不可缺少的一个结构组成部分。

    透明材料的性能

    用于制造透明件的透明材料按聚合物类型分为聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯两大类,前者为通用塑料,后者为工程塑料。

    这类材料用于制造飞机的各种透明件以及用作玻璃-塑料复合透明材料的结构层。飞机透明件有单层、双层、层合三种结构形式,后两种结构形式按其材料的组合方式又可分为玻璃-玻璃、玻璃-有机玻璃、玻璃-聚碳酸酯、有机玻璃-聚碳酸酯五种类型。

    透明件的基本结构形式及应用部位

    结构类型材料和组成连接方式主要特点典型应用
    单层结构由一块有机玻璃或聚碳酸酯板组成各种刚性和柔性连接易于加工成形,制造方便中小型客机、直升机的窗、歼击机的座舱盖、风挡、轰炸机的机关罩、观察窗
    双层结构由两块有机玻璃板组成,四周垫有橡胶或塑料条,中间空腔内充空气或氮气压板或压框连接破损安全结构,隔热隔音性能好大中型机的旅客窗、门窗及部分驾驶舱侧窗
    层合结构由数块玻璃、有机玻璃或聚碳酸酯用透明中间层粘结而成,有时层间带有电加温薄膜或电阻丝层合玻璃用压框连接,层合透明塑料用压板或螺栓连接具有抗鸟撞或防弹能力军用机、民机和部分直升机的抗鸟撞风挡与防弹玻璃,少数歼击机的座舱盖

    航空级聚碳酸酯板是由特殊规格的双酚 A 型聚碳酸酯树脂挤压成板材,再经压光而成。与有机玻璃相比,其突出优点是耐冲击性优异,落锤冲击强度比定向有机玻璃高20倍;耐热性高,热变形温度比有机玻璃高约 30℃。但耐磨性较差,在有机溶剂侵蚀下会产生应力开裂,对紫外线辐射敏感,使用时一般需用耐磨涂层保护。在飞机上通常不单独使用,而作为层合透明塑料板和复合透明材料的受力结构层应用。

    透明材料的要求

    航空透明材料制成的飞机透明件要求具有良好的光学性能、足够的结构强度、耐磨性和使用寿命,以及使用可靠和维护方便等特点。

    项目主要要求
    外形要求外形为流线型,以减小空气阻力;特别情况如隐身飞机要求雷达波反射小,需特殊外形设计
    视界要求有良好的视界和清晰度;歼击机除要求宽阔的前视、侧视外,还要求良好的侧下视、上视和后视能力
    光学性能具有良好的透光率和表面光学品质,最小的雾度;重要的观察窗有光畸变和光学角偏差等光学性能要求;厚制件要考虑双目视差、光重影像等问题
    承载能力静载:能承受气动载荷、增压载荷及其它附加载荷;动载:能满足疲劳载荷要求,使用寿命达到设计指标;集中载荷:飞机正面的透明件有鸟撞指标,作战飞机透明件有防弹性能要求
    耐高低温性通常应能满足 -55~60℃ 的工作条件,超高速飞机应能承受表面气动加热,此时温度可达 95℃ 以上
    环境条件具有耐老化、湿热、盐雾等环境条件
    阻燃性水平燃烧试验的燃烧速度不超过 64mm/min
    加工性能易于热成型和机械加工,分解温度应远高于成型温度
    维修性易于维修,同一制件之间具有良好的互换性

    不同类型飞机透明件的典型部位

    机型透明件名称
    强击机前风挡(防弹玻璃)、侧风挡、活动座舱盖
    轰炸机投弹观察窗、驾驶舱中央风挡、驾驶舱主风挡、其它驾驶舱窗玻璃、机头罩及领航舱窗玻璃、上观察窗罩、侧观察窗罩、后射击员侧窗、后射击员正面防弹玻璃、侧防弹玻璃
    旅客机中央风挡、主风挡、眉窗(上固定窗)、通风窗(活动窗)、侧固定窗、登机门窗、旅客舷窗
    直升机绿色滤光玻璃、风挡、下视玻璃、驾驶员舱门下部玻璃、驾驶员舱门上部玻璃、滑动玻璃、前舱门玻璃、后舱门玻璃