אבן היסוד של התפתחות תחום התעופה והחלל היא שינוי הטכנולוגיה והחומרים. אווירודינמיקה, קיברנטיקה הנדסית וחומרים מרוכבים חדשים הם כולם חלקים חשובים בה. כיום, חומרים מרוכבים מסיבי פחמן הם אחד המושכים יותר את העין. חומרים מרוכבים של סיבי פחמן משתמשים בעיקר בשרף כמטריקס ליצירת מבנה פיזיקלי יציב, מציגים תכונות מכניות חזקות, ויש להם יתרון של קל משקל, המוביל את הביצועים המקיפים בין חומרים מרוכבים. פוליאר קטון פוליארייל הוא מוקד בכיוון המחקר הנוכחי של שרפים תרמופלסטיים. לחומר המרוכב שנוצר לאחר היתוך עם סיבי פחמן רציפים יש יתרונות ביצועים ברורים. יחד עם זאת, ניתן להתגבר על הקשיים הקיימים בתהליך ההכנה. ואז חומר מרוכב של פוליאריל אתר קטון סיבי פחמן האם זה יהפוך לחומר מפתח לפיתוח תעופה וחלל?
מהו פולי(אריל אתר קטון)?
קטון פוליאריל אתר, המכונה PAEK, הוא סוג של פולימר גבישי שבו טבעות פנילן מחוברות דרך גשרי חמצן (קשרי אתר) וקבוצות קרבוניל (קטונים). פולימרים רבים ושונים יכולים להיווצר בהתאם לסדר ולפרופורציה של קשרי האתר, קבוצות הקטון וטבעות הבנזן בשרשרת המולקולרית. ישנם בעיקר זנים כגון פוליאתתרקטון (PEEK), פוליאתרקטון (PEK), פוליאתרקטוןקטון (PEKK), פוליאתתרקטוןקטון (PEEKK) ופוליאתתרקטון-אתרקטון (PEKEKK).
האם המאפיינים של חומרים מרוכבים מסיבי פחמן פוליאריל אתר קטון מתאימות לשימוש בתחום התעופה והחלל?
חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי פחמן פוליאריל אתר קטון (CF/PAEK) אכן מתאימים לשימוש תעופה וחלל ומשמשים יותר ויותר במגוון יישומי תעופה וחלל. פולימר פוליאריל אתר קטון (PAEK) ידוע ביציבות הטמפרטורה הגבוהה שלו, העמידות הכימית והחוזק המכני שלו. בשילוב עם חיזוקי סיבי פחמן, יש לו את יתרונות הביצועים הבאים הדרושים בתעשיית התעופה והחלל.
1. יחס חוזק למשקל גבוה: חומרים מרוכבים של סיבי פחמן ידועים ביחס הכוח למשקל המצוין שלהם, שהוא קריטי לתכנון תעופה וחלל להשגת מבנים קלים מבלי להתפשר על החוזק.
2. קשיחות: לחומרים מרוכבים CF/PAEK יש קשיחות גבוהה ומספקים שלמות מבנית ויציבות לרכיבים ביישומי תעופה וחלל. קשיחות זו חשובה במיוחד לשמירה על הצורה והביצועים של חלקים קריטיים.
3. עמידות בטמפרטורה גבוהה: לפולימרי PAEK, כולל PEEK, יש יציבות מצוינת בטמפרטורה גבוהה. תכונה זו היא קריטית בסביבות תעופה וחלל שבהן רכיבים עשויים להיות חשופים לטמפרטורות גבוהות במהלך הפעולה.
4. עמידות כימית: פולימרים של PAEK יכולים לעמוד במגוון כימיקלים, מה שהופך את רכיבי ה-CF/PAEK למתאימים ליישומים הדורשים חשיפה לכימיקלים קשים או לתנאי סביבה.
5. עמידות בפני עייפות: חומרי סיבי פחמן מרוכבים, אם מתוכננים ומיוצרים כהלכה, יכולים להפגין עמידות טובה לעייפות, שהיא חשובה מאוד עבור רכיבים הנתונים לעומסים מחזוריים ביישומי תעופה וחלל.
6. יציבות מימדית: חומרים מרוכבים אלו נוטים להיות בעלי יציבות מימדית טובה ולשמור על צורתם וגודלם בתנאי סביבה שונים, דבר חיוני לרכיבי תעופה וחלל מדויקים.
7. בידוד חשמלי: לחומרים מרוכבים CF/PAEK יש בדרך כלל תכונות בידוד חשמלי טובות, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים שבהם יש למזער מוליכות חשמלית.
8. עמידות בפני קורוזיה: חומרים מרוכבים של סיבי פחמן אינם קורוזיים, ומספקים עמידות ואריכות ימים למבנים תעופה וחלל, במיוחד בהשוואה לחלופות מתכת.
מנקודת מבט של ביצועים בלבד, חומרים מרוכבים CF/PAEK אכן יכולים לעמוד בדרישות המחמירות של תחום התעופה והחלל וניתן לעבד אותם למגוון אלמנטים מבניים, רכיבים פנימיים, סוגרים וחלקים רבים הדורשים חוזק ומשקל קיצוניים. עם זאת, ישנם פערים רבים שצריך להתגבר עליהם כדי להפוך אותו למציאות. זה כבר קשה להכין חומרים מרוכבים CF/PAEK, שלא לדבר על בעיות שונות של בדיקות ויישום.