高性能聚合物制造的航空系統(tǒng)部件如何降低維護(hù)成本

- Ken Smith，圣戈班高功能塑料集團(tuán)Meldin®產(chǎn)品經(jīng)理

    全球經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)以及日益上漲的燃油成本使航空工業(yè)深受影響。2011年9月，航空煤油的價(jià)格升至129美元一桶，逼近2008年的紀(jì)錄高點(diǎn)。據(jù)航空工業(yè)分析家稱，雖然航空工業(yè)的利潤(rùn)呈上升趨勢(shì)，但其上漲幅度預(yù)計(jì)將遠(yuǎn)低于2010年。 

    但是這也不完全是壞消息。雖然，經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不利于更換飛機(jī)，但是，老化機(jī)隊(duì)肯定要被換掉，雖然這一過程比較緩慢。據(jù)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)(IATA)稱，到2020年，應(yīng)該有價(jià)值1.3萬億美元的1.2萬架新飛機(jī)交付使用。在接下來的十多年內(nèi)要保持這種投資水平，機(jī)隊(duì)所有者必須將重點(diǎn)放在保養(yǎng)現(xiàn)有飛機(jī)和關(guān)鍵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)有效的方法，同時(shí)降低總體運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)。

    維護(hù)成本通常占飛機(jī)所有相關(guān)運(yùn)行成本的10-20%。對(duì)于大型商業(yè)承運(yùn)公司來說，全部算進(jìn)去這個(gè)成本可達(dá)每年十億美元之多。采用經(jīng)久耐用的高性能材料制成的部件增強(qiáng)關(guān)鍵飛機(jī)系統(tǒng)，不失為一種安全地減少更換和維護(hù)、保證盈利的好方法。具有較佳性能的耐久部件價(jià)值相當(dāng)于與其重量相同的黃金。 

采用聚酰亞胺保持卓越

    機(jī)隊(duì)所有者面臨的挑戰(zhàn)是為關(guān)鍵零部件尋找可以耐受苛刻航空航天環(huán)境的理想材料，這些苛刻環(huán)境包括極端高溫、腐蝕性化學(xué)物質(zhì)和劇烈振動(dòng)。 

    聚酰亞胺零部件具有耐久性 – 這對(duì)尋求縮減維護(hù)成本的機(jī)隊(duì)所有者來說十分理想。例如，聚酰亞胺具有與之俱來的較輕重量 – 比鋁和鋼等傳統(tǒng)零部件材料要輕。隨著燃油成本持續(xù)上升，航空系統(tǒng)中采用重量輕的零部件越來越重要。零部件采用重量輕的聚酰亞胺制造的明顯好處是減輕了航空系統(tǒng)的重量和飛機(jī)的總重量，降低了燃油消耗。但是，在整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)上還可以看到另外一個(gè)較不明顯但非常重要的好處，就是在其它關(guān)鍵零部件的性能方面的杰出表現(xiàn)。一架飛機(jī)上有數(shù)千個(gè)活動(dòng)部件，聚酰亞胺降低了金屬對(duì)金屬接觸而引起的損傷，減少了這些金屬部件因磨損引起的維護(hù)和更換。 

    在深具挑戰(zhàn)性的航空應(yīng)用中，高溫性能是耐久性的另一個(gè)重要方面。例如，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各種零部件會(huì)產(chǎn)生315°C (600°F)的高溫，因此，這些零部件的完整性和性能絕對(duì)非常重要。聚酰亞胺部件可在高達(dá)315°C (600°F)的條件下連續(xù)使用，在高達(dá)482°C (900°F)的條件下間歇使用，且在高溫下具有極高的尺寸穩(wěn)定性(參見：圖1)。這意味著即使在高溫下，它們也不會(huì)熔融，而是保持原形。試驗(yàn)表明，采用高性能聚酰亞胺增強(qiáng)的零部件，在持續(xù)兩天的周期內(nèi)從22.77°C (73°F)到260°C (500°F)循環(huán)時(shí)，其尺寸變化不到原尺寸的0.04%。 

    此外，聚酰亞胺零部件還能非常好地承受熱沖擊。熱沖擊是一個(gè)描述在快速溫度變化條件下開裂的技術(shù)術(shù)語(yǔ)。陶瓷等材料的導(dǎo)熱性較低，更容易受熱沖擊的影響。聚酰亞胺的導(dǎo)熱性較高，增加了材料的總體尺寸穩(wěn)定性。

總變形(%)

      圖1：Meldin® 7021高溫聚酰亞胺在不同負(fù)荷和溫度條件下的經(jīng)時(shí)蠕變

    聚酰亞胺還具有優(yōu)異的隔熱性能�？紤]到飛機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的工作條件，這一點(diǎn)至關(guān)重要。例如，在除冰系統(tǒng)中，采用金屬管將熱空氣從噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)送往機(jī)翼。金屬管周圍和緊靠金屬管的聚酰亞胺部件可以防止產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步輸送到機(jī)翼結(jié)構(gòu)、其它敏感系統(tǒng)和裝置。聚酰亞胺將高溫金屬管隔離，確保熱量不會(huì)傳輸?shù)綑C(jī)翼其它部分而導(dǎo)致加速其它關(guān)鍵部件的磨損，從而較終縮減了更換和維護(hù)成本。 

    耐久性超高的聚酰亞胺部件的高負(fù)荷和高速度條件下的使用壽命更長(zhǎng)，部分原因就是其自潤(rùn)滑性能。它們不需要使用工業(yè)潤(rùn)滑劑來保持高效運(yùn)行，可以降低費(fèi)用、縮短時(shí)間和減少工作量。聚酰亞胺的自潤(rùn)滑牌號(hào)產(chǎn)品在暴露于高負(fù)荷或高速度應(yīng)用時(shí)不會(huì)熔融。它們還消除了微動(dòng)磨損的可能性。當(dāng)兩個(gè)嚙合金屬部件因快速而反復(fù)的振動(dòng)而發(fā)生腐蝕時(shí)，會(huì)出現(xiàn)微動(dòng)磨損。聚酰亞胺部件的自潤(rùn)滑特性，加上減振能力，使其能夠用于振動(dòng)界面位置而不會(huì)發(fā)生微動(dòng)磨損。卓越的強(qiáng)度和剛性，再有自潤(rùn)滑特性，使聚酰亞胺部件為航空系統(tǒng)的關(guān)鍵應(yīng)用提供長(zhǎng)久的免維護(hù)運(yùn)行。

    此外，即使在高溫下，聚酰亞胺也可以耐各種化學(xué)物質(zhì)、燃油和航空潤(rùn)滑劑。聚酰亞胺部件與這些物質(zhì)的混合物接觸時(shí)并不會(huì)發(fā)生腐蝕。這一點(diǎn)非常重要，只要想一下飛機(jī)及其各系統(tǒng)運(yùn)行中使用工業(yè)化學(xué)品的范圍，其中包括乙醇、甲苯、JP-4噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)用燃油、特種液壓工作油和液壓油。

    較后，聚酰亞胺具有優(yōu)異的耐磨性能。這意味著聚酰亞胺制成的零部件在使用時(shí)不容易磨損，可以保持系統(tǒng)和其部件之間的間隙。當(dāng)零部件互相碰撞和刮擦?xí)r，您不想因部件腐蝕而導(dǎo)致部件嘎嘎作響和振動(dòng)。這對(duì)于任何航空系統(tǒng)的零部件或整體性能甚為不利。磨損低就等于減少維護(hù)卻能達(dá)到更長(zhǎng)的使用壽命和更好的性能。

控制工藝、控制成本

    進(jìn)行工藝控制可以提高質(zhì)量保證水平，這一點(diǎn)與選擇正確材料同樣重要。為了確保航空成品部件的性能，延長(zhǎng)使用壽命，機(jī)隊(duì)所有者和OEM應(yīng)與材料供應(yīng)商密切合作，在從粉末至成品零部件的航空系統(tǒng)部件開發(fā)中發(fā)揮更為積極的作用。向可提供幫助的材料科學(xué)專家和工程師（如Meldin的材料科學(xué)專家和工程師）咨詢，有助于確保材料和零件設(shè)計(jì)規(guī)格恰到好處，同時(shí)大量的產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)也可以確保其性能。這樣就可以得到理想的零件，這些零件能夠長(zhǎng)時(shí)間地高水平運(yùn)行而不需經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)。

    在富有挑戰(zhàn)的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，機(jī)隊(duì)所有者必須盡其所能，在不犧牲安全或性能的條件下，盡可能以有效的經(jīng)濟(jì)效益方式運(yùn)作。維護(hù)是可以安全地降低運(yùn)行成本的領(lǐng)域，這可以從關(guān)鍵的飛機(jī)系統(tǒng)采用高性能部件開始。與材料科學(xué)專家密切合作，共同將零件設(shè)計(jì)得恰到好處，有助于確保高級(jí)聚酰亞胺(如Meldin 7000)制成的零部件兼具各種性能。采用能夠耐受挑戰(zhàn)性航空環(huán)境的耐用部件，意味著使用壽命更長(zhǎng)、維護(hù)更少、部件更換率更低。機(jī)隊(duì)所有者將得到可幫助他們保證盈利、保持飛機(jī)隨時(shí)能上天翱翔的優(yōu)質(zhì)部件。

圣戈班高功能塑料集團(tuán)介紹

    圣戈班高功能塑料集團(tuán)是設(shè)計(jì)和制造定制密封件和塑料聚合物零部件的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。圣戈班高功能塑料集團(tuán)在材料和產(chǎn)品創(chuàng)新方面擁有長(zhǎng)達(dá)50多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，是廣受認(rèn)可的綜合解決方案供應(yīng)商，為極端應(yīng)用環(huán)境提供高性能的材料。我們的產(chǎn)品范圍還包括推力墊圈、密封圈、襯套、軸承和其他零部件。欲了解Meldin 7000 系列聚酰亞胺牌號(hào)的更多信息，敬請(qǐng)登陸我們的網(wǎng)站www.Meldin.com。

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