Six tendances technologiques dans les matériaux polymères pour le secteur aérospatial

Six tendances technologiques dans les matériaux polymères pour le secteur aérospatial

Les polymères sont de plus en plus utilisés dans les avions et les engins spatiaux pour réduire le poids, améliorer la qualité et réduire les coûts de fabrication et de maintenance.

1. Utilisation de plastiques antimicrobiens plus compatibles avec les désinfectants pour les intérieurs d’avions .
Les méthodes de nettoyage et de désinfection des surfaces intérieures des avions peuvent rapidement dégrader les plastiques traditionnels. De nouveaux plastiques résistants aux antimicrobiens et aux désinfectants, initialement développés pour un usage hospitalier, sont désormais spécifiés pour les intérieurs d’avions. Ces matériaux sont formulés pour répondre aux normes strictes en matière de flamme, de fumée, de toxicité et de dégagement de chaleur requises pour les avions commerciaux.

2. Spécification de composites thermoplastiques à haute résistance pour réduire le poids et améliorer le rendement énergétique.
Les structures aérospatiales nécessitant une résistance et une rigidité élevées sont traditionnellement fabriquées à partir de métaux ou de composites thermodurcis. Cependant, ces matériaux présentent des limites importantes. Les métaux sont lourds, ce qui limite leur utilisation dans les applications aérospatiales sensibles au poids. Les composites thermodurcissables sont souvent fragiles, présentent généralement une faible résistance chimique et leur fabrication demande beaucoup de main d'œuvre. La plupart des composites thermodurcis ne conviennent pas à une utilisation au-dessus de 100°C.
Une nouvelle classe de composites thermoplastiques développée par des sociétés comme Ensinger offre des valeurs de résistance et de module (rigidité) comparables à celles des métaux et des thermodurcissables. Cette technologie consiste à intégrer des fibres continues de verre ou de carbone dans une matrice polymère thermoplastique, généralement composée de Polyétheréthercétone (PEEK) ou d'Ultem PEI (Polyétherimide). La matrice étant constituée de plastiques hautes performances et thermiquement stables, ces composites peuvent être utilisés à des températures élevées.
Les composites thermoplastiques offrent de nombreux avantages associés aux thermoplastiques, notamment la ductilité, la résistance à la fatigue, l'amortissement des vibrations et la résistance aux carburants, lubrifiants et produits chimiques de nettoyage. Les feuilles fabriquées à partir de ces matériaux peuvent être rapidement transformées en pièces finies à l'aide d'outils métalliques chauffés, réduisant ainsi les coûts de fabrication.

3. Sélection de plastiques qui n'interfèrent pas avec les signaux radiofréquences (RF) pour les radômes de communication hautes performances.
La prolifération de véhicules aériens sans pilote (UAV), de drones et de satellites qui dépendent des signaux RF pour les opérations aériennes a accru la demande d'antennes hautement fiables. Le fonctionnement optimal de l'antenne nécessite que le radôme en plastique n'atténue pas de manière significative le signal RF sur la plage de fréquences requise et la plage de températures de fonctionnement de l'appareil. Des plastiques techniques spécialisés présentant de faibles constantes diélectriques, de faibles facteurs de dissipation et une ténacité, une résistance aux UV et une thermoformabilité améliorées sont de plus en plus spécifiés pour les radômes d'antenne de protection.

4. Sélection de plastiques durables à haute température pour séparer les surfaces métalliques pour une fiabilité améliorée.
Les joints métal sur métal sont souvent des points de défaillance dans les composants d'avions en raison de problèmes inhérents lorsque des surfaces métalliques appariées sont soumises à des vibrations et/ou à une usure par glissement. Les concepteurs utilisent de plus en plus de matériaux polyimide résistants et hautes performances pour des applications telles que les accouplements cannelés et les éléments anti-rotation de fixation de verrouillage pour séparer les pièces métalliques. L'introduction d'un élément polymère dans l'assemblage peut prolonger la durée de vie et prolonger les intervalles entre les maintenances requises.
Pour les connexions cannelées qui transmettent la puissance via des arbres métalliques rotatifs connectés à divers systèmes d'avion, des accouplements haute température en polyimide DuPont Vespel sont installés entre les cannelures métalliques appariées pour un fonctionnement plus fluide et une durée de vie plus longue. Cette approche réduit l'usure des cannelures lorsque les arbres rotatifs sont légèrement désalignés. La ductilité du polymère permet un désalignement de l'arbre sans contrainte excessive sur les arbres métalliques, les roulements ou les moteurs d'entraînement.
Dans les fixations de verrouillage aérospatiales, le polyimide DuPont Vespel est utilisé comme élément de verrouillage ductile dans les écrous ou les boulons pour empêcher toute rotation indésirable sans endommager la fixation métallique correspondante lors de l'assemblage ou du démontage pour maintenance. Cet élément polymère empêche le grippage associé aux conceptions de fixations à verrouillage entièrement métalliques.
Dans les deux exemples, la ductilité et les caractéristiques d'usure du polymère atténuent les problèmes associés au contact métal sur métal.

5. Sélection de plastiques faiblement inflammables et à haute rigidité diélectrique pour l'isolation électrique.
Les plastiques sont depuis longtemps le matériau de choix pour les applications nécessitant des propriétés d’isolation électrique. Les systèmes électriques des avions militaires et civils modernes sont particulièrement exigeants. Outre une bonne rigidité diélectrique et une bonne résistance à l'arc, les isolants polymères doivent également être résistants aux carburants et lubrifiants d'avion, résister aux vibrations, à l'usure et à la fatigue, et posséder d'excellentes performances d'inflammabilité. Les isolants en plastique des avions doivent également fonctionner sur une large plage de températures, allant du froid extrême aux altitudes de croisière à la chaleur extrême à proximité des moteurs à réaction.
Les concepteurs de systèmes électriques d'avions spécifient désormais des fluoropolymères comme le polytétrafluoroéthylène (PTFE), l'éthylène propylène fluoré (FEP) et le perfluoroalcoxy (PFA), ainsi que d'autres thermoplastiques hautes performances, pour les applications électriques aérospatiales exigeantes, notamment les isolateurs de supports, les gaines thermorétractables et l'isolation des fils flexibles.

6. Adopter des polymères innovants pour créer des intérieurs d’avions haut de gamme.
Les avions commerciaux deviennent de plus en plus haut de gamme, avec des intérieurs rivalisant avec les halls des hôtels de luxe. Traditionnellement, les motifs imprimés sur les intérieurs des avions posaient problème car les zones à fort trafic exposées à l’usure et aux nettoyages répétés dégradaient rapidement l’impression.
Des technologies plus récentes, comme le processus d'imagerie infusée pour les thermoplastiques KYDEX, permettent aux concepteurs de créer des environnements personnalisés en utilisant des images contenues dans le matériau et non sur celui-ci.
Des progrès significatifs ont également été réalisés dans les matériaux de lentilles en plastique pour gérer et transmettre la lumière à bord des avions commerciaux. De nouvelles formulations de polymères permettent une transmission lumineuse élevée, une bonne diffusion et un contrôle précis des couleurs pour l'éclairage LED. La gestion de l’éclairage à l’aide de plastiques hautes performances a un impact positif sur l’esthétique des espaces intérieurs des avions.

En résumé, les polymères sont devenus indispensables dans la technologie aérospatiale moderne, des structures composites hautes performances aux composants fonctionnels critiques. En particulier dans les zones critiques pour la sécurité, la conception et l'application de matériaux ignifuges sont primordiales. Qu'il s'agisse de PA pour les connecteurs et l'isolation des fils, ou de EVA pour les intérieurs et les emballages, ces matériaux doivent répondre à des normes strictes en matière d'ignifugation, de faible dégagement de fumée, de faible toxicité et d'excellentes performances mécaniques et environnementales. Répondant à ces demandes haut de gamme, Yinsu Flame Retardant Company, s'appuyant sur sa profonde expertise technique, a développé avec succès une série de produits phares tels que le FRP-950X et le WADP-10 . Ces matériaux possèdent non seulement une efficacité ignifuge exceptionnelle, mais offrent également un équilibre entre ténacité, aptitude au traitement et durabilité. Ils ont été appliqués avec succès dans divers domaines clés, notamment les composants intérieurs des avions, les systèmes électriques et la protection des équipements, fournissant un support matériel robuste pour améliorer la sécurité, la fiabilité et les performances de légèreté des véhicules aérospatiaux.