无塑料不航天:盘点那些飞向太空的塑料黑科技

橡塑人家 2023-04-17
2312 字丨阅读本文需 6 分钟

4月3日,三菱化学集团(MCG集团)宣布,已将三菱工程塑料公司(MEP)25%的股份转让给三菱瓦斯化学公司,自2023年4月3日起生效。同时,MCG集团通过吸收式分拆从三菱工程塑料收购了高价值的聚碳酸酯树脂XANTAR™和聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂NOVADURAN™业务。

工程塑料是在20世纪50年代迅速发展起来的,工程塑料具有优良的综合性能,其表现为刚性大,蠕变小,机械强度高,耐热性好,电绝缘性好,可在较苛刻的化学、物理环境中长久使用,可打部分替代金属作为工程结构材料使用,在材料领域中占据非常重要的地位。

高科技火箭,昂贵的推进剂和数十亿美元的研究并不是先进的太空探索唯一的事情。塑料材料在航天历史上发挥了至关重要的作用,使宇航员能够观察周围环境,呼吸氧气,舒适地在地球轨道上行驶,或者途中到达月球。

我国航空航天的发展,离不开对一个一个核心技术的攻关和掌握,当然也离不开各种新型塑料的支持。毫无疑问,在航空航天领域,对材料和技术水平要求比较苛刻,“天舟二号”中运用到的塑料也是高强度、耐高温的材料。

1、新型塑料在航空航天领域中的应用

聚酰亚胺(PI)

聚酰亚胺(PI)是综合性能明显的有机高分子材料,被称为“二十一世纪最有希望的工程塑料之一”,是迄今为止能够实际应用的最耐高温的高分子材料。聚酰亚胺可以细分为PI泡沫、PI薄膜、PI纤维、PI基复合材料、PSPI等多种产品,具有高绝缘强度、耐溶、耐辐照、保温绝热、无毒、吸声降噪、易安装维护等特点。

聚酰亚胺作为先进复合材料与最耐高温的结构材料之一,其应用温度范围很广,能在-200~300℃的环境下长期工作,短时间耐受400℃以上的高温,可以轻松应对月球表面昼夜高达356°C的温度差,可抵御辐射、改善航天飞行器热环境,广泛用于航天、航空器、火箭部件及宇航员的防护用品等。

SiC纤维

碳纤维可增强塑料的机身面板,为飞船的机体提供更强的刚度;而碳化硅纤维(SiC纤维)是继碳纤维之后發展的又一种新型高性能纤维,属国家战略性新兴材料。当前,采用碳化硅纤维制造的陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用价值非常显著,西方发达国家已成功应用此类产品改良航空发动机多个部件,提升了航空发动机的效率。

SiC纤维的一个主要用途是制作SiC复合陶瓷基材料(CMC材料)。在航空发动机领域,应用CMC材料可以进一步提高涡轮进气温度,进而提升发动机效率。同时,CMC材料降低了结构密度,实现了轻量化,提升了航空器的推重比。因此,SiC复合陶瓷基材料被认为是临近空间飞行器、可重复使用航天器的热结构部件的理想材料,其研发和应用得到了主流机构与航空发动机制造商的高度重视。目前,西方发达国家生产商已将CMC材料应用于多个航空发动机热端部件,主要包括发动机尾喷口、涡轮静子叶片、喷管调节片、燃烧室火焰筒等部位。

随着碳化硅纤维性能进一步改善,生产工艺逐步优化,未来该材料有望在更多航空发动机部件上应用,并有望扩展至其他高价值民用领域,潜在的市场空间广阔。

其他塑料材料

除此之外,还有很多应用于航空航天领域的塑料材料。聚碳酸酯(PC)是一种高级的航天复合树脂,广泛用于飞机舱罩、照明设备、宇航员的防护用品等;改性尼龙具有较强的抗辐射能力,可以用作飞机、卫星等特使材料的包覆材料;聚醚醚酮树脂(PEEK)在航空航天领域用来代替铝,钛等其他金属材料制造成飞船发动机、内外零部件;聚芳醚酮(PEAK)具有良好的耐高温型,抗化学腐蚀、抗辐射性能也非常优异;ABS抗冲击性能优异,强度高,耐磨性佳,耐化学腐蚀,在航空工业领域的应用正逐渐增加,如用作仪表盘、机罩等,可以减轻飞行重量。金塑宝作为塑化产业链综合服务平台,覆盖PVC、PP、PC、PA66、PE、PEEK等近18万种塑化领域原料以及产品,通过金塑宝平台就可以线上一键采购到这些塑料原料。

2、没有塑料,太空探索不会有今天的成就

太空头盔和遮阳

当你想到第一位宇航员来访月亮时,可能会想到蓬松的太空套装和闪亮的遮阳板的头盔的图像。那些头盔和面罩是由能够承受空间粗糙度的模制塑料制成的。由于这些塑料,宇航员能够清楚地看到周围的环境,而不会损失氧气或碎屑渗透其衣服。宇航员所穿的大部分保护装置也是由塑料制成,因为它的灵活性和可靠的功能。

较软的航天器座位

为了消除着陆的影响,美国航空航天局开发了气泡泡沫,也称为记忆泡沫,用于航天器座椅。这种开放式聚氨酯硅胶使得宇航员更容易前往和离开太空,而不会受伤或在重新进入时感觉不舒服。它现在用于床垫和高档家具,使人们更容易睡觉,放松和放松。塑料的保护性使其成为促进航天和探索的最有用材料之一。

太空辐射防护

在空间计划的早期阶段,铝在建造航天器时被大量使用。然而,铝在阻挡宇宙辐射方面不具有与某些塑料相同的屏蔽和保护能力。这种辐射是延长航天和居住的主要障碍。 塑料已经帮助科学家创造短期和中期的解决方案,保护宇航员免受有害光线的伤害。塑料部件的净效益是更安全的太空旅行,宇航员在轨道上更长的时间。

天空镜片

空间充满了碎片,可以通过航天器门户和太空服头盔看到困难。这就是为什么防刮镜片对于太空旅行非常重要。塑料涂层用于使镜片耐刮擦,包括宇航员的遮阳板。没有可靠的方式来观察周围环境,宇航员将会处于严重的不利地位,这就是为什么塑料在门槛,窗户和头盔遮阳板的设计中被高度使用的原因。

塑料用品

塑料通常比其他用于制造航天器的其他材料要轻。使用较轻的材料使得火箭和航天器离地而更具成本效益和效率。火箭燃料也是高度波动的,这意味着飞船上越少的空间飞行器对于太空任务中的所有利益相关者就越好。

塑料密封件,地板,座椅和仪表板是使飞船更轻更灵活的塑料部件之一。较轻的航天器也更容易移动和存储,这对于航天机构来说是一个重要的成本节约。塑料产生的货币和安全利益难以忽视,这就是为什么美国宇航局和其他空间机构将塑料杠杆化的缘故。

塑料在发展空间所需的工具,设备和运输方面已经是不可或缺的。随着政府机构和私人公司继续推进太空旅行的界限,塑料将继续使人类在空间深度上迈出新的台阶。而这些产品的研发都离不开塑料的特性。

而塑料在航空航天领域也具有十分重要的地位,这些全球领先的“塑料黑科技”,成为了我国航天发展的基石,一步步推动全中国乃至全人类探索未知的宇宙。在科技飞速发展的今天,也许会有更多工程塑料和改性塑料登上航空航天应用舞台。

文章来源: 金塑宝,注塑那些事儿,塑料那点事儿,三菱化学集团

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