摘　要：航空航天工业正处于提高飞机性能的持续压力下，不管是商业飞机还是军用飞机，都要使它们具有更大的燃料效率并降低成本。一个关键的策略是只要可能就用更轻的材料替代金属，这些材料仍然提供必要的力学性能。降低飞机的重量会提高燃料效率，减少对环境的影响并降低操作成本。
　　对于航空航天工业，减重挑战的一个重要方面是确认还能提供必要等级的可靠性和安全性的新材料，这是绝对要优先考虑的。航空航天工业正逐渐承认并采纳了VICTREX^®聚醚醚酮(PEEK)聚合物作为这样一种材料以及作为一种金属的理想替代物。

1　一种聚合物的解决方案

　　威格斯聚合物解决方案公司(VPS)提供的VICTREX PEEK聚合物是聚芳醚酮(PAEK)系列中的一员。它是一种线性的芳香型半结晶聚合物，被广泛作为一种高性能的热塑性塑料之一。
　　除了比金属有更低的密度，并且比许多金属有更高的比强度外，VICTREX PEEK聚合物配混物拥有金属的力学和尺寸稳定性。同时，该聚合物能耐高温和苛刻的化学环境。它有一个343℃的熔融温度和260℃的相对热指数。该聚合物还具有高度的耐腐蚀性，不受到许多腐蚀性化学品的影响，同时显示极佳的耐磨性。后，它还具有成本平衡。用高性能聚合物替代金属可以降低部件制造成本。这些优势和一系列卓越的性能使VICTREX PEEK聚合物成为针对目前和未来航空航天工业需求的全面解决方案。

2　一种多功能的系列

　　VICTREX PEEK聚合物有几种品级和复合物，可以大限度地利用该材料的力学性能以及它的加工灵活性。材料的开发已经包括了把VICTREX PEEK 90和650品级添加到现有的150、380和450品级中。在任何情况下，这些聚合物都具有一系列优于金属的性能。90系列中的品级正好是一个例子。这些复合物主要瞄准要求高流动性的应用，特别是针对薄壁成型，它们为高含量的填料加入创造条件，同时在可操作性上没有重大的不同。结构填料包括短切玻璃纤维(GL级)、短切碳纤维(CA级)和特殊高模量碳纤维(HMF)。与标准的碳纤维复合物相对比，90HMF品级提供大幅增加的拉伸强度和模量。
　　高流动性品级允许加入更高用量的增强纤维(达60％)，不会损害表面修饰或周期时间。这些产品使针对金属、热固性塑料和陶瓷在结构托架、支座和夹子等这类应用中的替代更容易。
　　VICTREX HMF聚合物是一种高模量碳纤维填充复合物，含有20％~40％重量份的碳纤维。当与轻金属合金对比时，这些材料把易加工性和卓越的力学性能以及改进的耐疲劳性相结合。
　　由于具有更高的强度和刚度，它们被定位于在高温下可替代铝、钛、不锈钢和其他金属。开发了PAEK基PTFE无磨损复合物VICTREX^®WG101和WG102，以回应工程师和原始设备制造商要求提高可靠性、降低失败率和增加能源效率，满足航空航天和加工设备行业中更加苛刻的磨损应用的要求。当和用金属、聚酰亚胺(PI)和聚酰胺-酰亚胺(PAI)制成的部件进行对比时，VICTREX WG耐磨品级使工程师能以更低的成本生产轻质部件，同时增加使用寿命。

3　航空航天业的“圣杯”
 
　　航空航天业重要的是减重。燃料效率要求重量更轻的飞机。一个有说服力的例子是Amphenol公司的一个分公司Amphenol Pcd选用VICTREX PEEK 150GL30，采用一种专用的弹性体重叠注塑工艺生产一系列线路和管路卡。对于波音787，由于这些卡件导致了重量少减轻20％。因为该聚合物是30％玻纤填充，提供了替代铝所需要的强度、模量、电性能和抗蠕变性，它还显著地降低成本。Amphenol公司的卡件在制造被波音称为上具燃料效率的。787梦幻客机中提供了帮助，使它比同类的波音767少消耗20％的燃料。波音787梦幻客机的另一个目标是在制造这架飞机上减少所需要的时间。Amphenol公司的PEEK线路和管路卡能使安装时间减少30％。同时，部件的固化和一致的设计节省了成本。另外，这种非传导性的、电稳定和耐腐蚀聚合物使这些卡件能被分布在飞机非增压的区域中。
　　Amphenol Pcd还选择了VICTREX PEEK150GL30用于注射成型的支座产品线上。这些零部件固定电缆和线束，同时把它们与机身电绝缘。这里，当关键的目标是铝的替代物和减重时，PEEK聚合物的非传导性和非腐蚀性再一次提供重要的优势。

4　严格的测试

　　VICTREX PEEK聚合物在大多数常用的溶剂中不溶解，它具有极佳的耐碱、耐氧化剂、耐烃类、耐盐、耐蒸汽和耐大多数的酸。其耐化学性超过许多异金属，对于航空航天部门特别重要。当用在飞机灭虫时，PEEK聚合物能耐喷气发动机燃料、液压油和杀虫剂，如苄氯菊酯(C₂₁H₂₀C₁₂O₃)和右旋苯醚菊酯(C₂₃H₂₆O₃)。
　　该聚合物极佳的耐化学性，包括耐航空燃料，是决定在空客公司新的水平尾翼飞机燃料箱盖上使用VICTREX PEEK450CA30替代金属的原因。该决定背后的其他因素包括它的低密度、尺寸稳定性和低膨胀率，以及采用这种材料可以方便地用注塑成型制造盖子。
　　试验已经证明了把VICTREX PEEK复合物在70℃下浸泡在Skydrol液压油中1000小时后，其力学性能只有10％不到的变化。Amphenol Pcd通过在室温下把它们注塑成型的VICTREX PEEK 450GL30P卡件浸在航空燃料中12个月来对它们进行测试，发现浸泡后对卡件的性能没有显著的不利影响。
　　该聚合物具有抗航空燃料、液压油、除冰溶液和臭氧等腐蚀性化学物质侵害的性能是选择30％玻纤填充PEEK聚合物替代金属用于波音777、787梦幻客机和747-8飞机起落架毂盖上的一个关键原因。
　　波音的选择另一个令人感兴趣的方面是这种热塑性塑料可以在一个极端温度范围内有效工作。飞机起落架在降落时必须忍受200℃以上的温度，在飞行过程中能忍受-54℃的温度。它们必须能够承受重复硬着陆的冲击。VICTREX PEEK聚合物满足所有这些要求。

5　热塑性塑料用于叶轮叶片

　　VICTREX PEEK聚合物还作为一种金属的替代物被用在航空航天部门各种叶轮叶片的生产中。该聚合物的所有重要的好处包括弹性、极佳的抗蠕变性和耐疲劳性以及易于大批量制造达到精细公差，这使它成为这种应用有吸引力的选项。优于金属的主要优势是重量减轻。结果不只是一架更轻的飞机。更轻的非金属叶轮显示出更低的惯性，这样需要更少的旋转动力来驱动它们，减少了能耗，达到了成本节省。第二种好处是在叶轮损坏的情况下，任何复合材料的碎片都比金属叶轮的碎片要轻，这样包含碎片的结构会更轻。
　　用VICTREX PEEK450CA30或150CA30制造的聚合物叶片被用在新空客型号座舱通风系统中以及直升机空气输送系统。它们还被用于一些欧洲直升机的油冷却系统中。VICTREX PEEK150CA30也是安装在新空客机型上门把手的选聚合物。目的是替代铝，实现大幅度的减重，同时具有和高科技金属相同的比强度和比模量(见图1)。填充在聚合物中的短纤维取向主要依赖于零部件设计和所用的成型条件。当制造的零部件以不同方向测试时，其终的纤维取向可能导致力学性能上的不同。但是，只有VICTREX PEEK聚合物通过了在上述应用开发阶段的严格测试。

6　航空航天采用热塑性管道

　　这些应用没有以主结构件结束。2011年，Victrex聚合物解决方案公司推出一系列耐用薄壁管和管材产品VICTREX Pipes^TM，它们在重量上要比金属管轻很多。例如，一根外径25.4mm、壁厚1mm的管道每米仅重100克。
　　当和相同外径、壁厚为0.71mm的铝管比较时，终的减重为33％。对于钛管道，有45％的减重，对于不锈钢管，有68％的减重(两者壁厚为0.51mm)。针对目前大型商用飞机，可能会铺设大量管线和管道，这个数量级的减重是显著的。VICTREX Pipes^TM用航空航天认可的聚合物制备，可以被弯曲、扩张和成型为三维形状，为高度的设计自由度和灵活的利用空间创造条件。

7　航空航天用复合材料获益

　　航空航天业正逐步采用多用途VICTREX PEEK聚合物，用于一系列主结构应用，这并不令人感到惊奇，它们包括机身板、地板横梁、紧固系统、机翼中的油箱盖板、门盖板、翼梁、肋、加强筋、扣件、托架和紧固系统。聚合物以粉末、薄膜和原丝的形式被用作基体材料。它们被设计提供佳的纤维系统浸渍，优化纤维一基体界面的性能。例子是单向(UD)带和片材、多轴向织物积层、混杂丝束和编带。目的是制造先进的连续碳纤维、玻璃纤维、陶瓷或芳纶纤维热塑性复合材料预浸料，它们在减轻飞机重量的同时具有较大的抗冲击性能，不会有任何稳定性和功能的损失。关于VICTREX PEEK复合材料怎样减轻重量，一个极好的例子是在紧固系统中。紧固件可以用传统方法螺栓连接，或者直接摩擦焊接到其他VICTREX PEEK成型插件、复合材料层合板或PEEK聚合物基蜂窝夹层结构中，提供增加的抗冲击性和疲劳强度。这些复合材料部件比高科技铝或钛合金具有更高的比强度和模量(见图1)。

8　结论

　　VICTREX PEEK是一种多用途热塑性塑料，有一系列极佳的性能和宽广的加工窗口，与使用加工和浇铸的金属相比，能以一个更低的成本使用各种加工技术进行零部件的制造。用这种聚合物制造的零部件重量轻，由于具有更大的设计自由度可以使功能一体化，并且与金属部件相比，提高了安全性，延长了寿命。
　　VICTREX PEEK聚合物与用于航空航天中的轻质金属合金相比，提供一个性能和众多好处的极佳组合。它的确重量轻，拥有和许多高科技金属相当(对复合材料更高)的比强度和比刚度(见图1和图2)，同时在高温下显示更好的抗冲击、疲劳和腐蚀性，不受许多腐蚀化学物质的影响。对于航空航天市场，另一个重要方面是该材料与其他化学材料相比，具有天然固有的阻燃性和较低的毒烟释放性。这种聚合物还具有优良的耐磨损性，并且可以阻尼噪声和振动。它的使用降低了零部件制造成本。实际上，碳纤维填充VICTREX PEEK品级和复合材料，密度在1.4到1.6克／立方厘米，至少比铝轻40％，比钛轻67％。VICTREX PEEK品级是符合航空要求的材料，因而它们是金属的理想替代物。这使飞机制造商和供应商能够迎合当前的经济效率趋势和它们自己的差别化目标。