聚酰亚胺在航空航天领域有哪些应用?
聚酰亚胺在航空航天领域有哪些应用?
聚酰亚胺作为一种高性能材料,在航空航天领域有着广泛的应用。从航天器的外衣到飞机的隔热材料,从卫星的电缆护套到直升机的旋翼,聚酰亚胺凭借其优异的性能,为航空航天技术的发展做出了重要贡献。本文将详细介绍聚酰亚胺在航空航天领域的具体应用。
日前,腾辉电子宣布,其VT-901聚酰亚胺材料已独家通过欧洲航天局(ESA)的认证,可用于比利时ACB集团(PCB制造商)制造高密度互连印刷电路板(HDI)。这也使得ACB成为了目前唯一的能够在ESA合格领域内提供HDI技术的PCB制造商。
此外,PI材料在航天领域的应用,还有线缆、航天器金色外衣,航天器隔热材料、航空发动机外涵道材料等。未来,航天航空的市场增长或将成为聚酰亚胺市场增长的一大主要动力。
据了解,全球航空制造产业市场规模持续增大,目前全球市场规模已超万亿美元,相关机构预测,未来五年全球商用航空装备市场规模增速将达到3.7%,到2027年,全球航空装备市场规模将达到11769亿美元。
来源:公开资料
在航天方面,公开数据显示,在政策的扶持环境下,中国商业航天市场规模逐年增长,从2015至2020年,产值由3764.2亿元突破至万亿,年均增长率达22%,预计2024年市场规模将达23382亿元。
基于此,势银膜链特别整理聚酰亚胺材料在航天航空领域的相关应用方向。
PI薄膜
聚酰亚胺薄膜主要作为航天器的“外衣”,聚酰亚胺作为航天器“外衣”,是一种以聚酰亚胺为主体的多层隔热材料(MLI),是由聚酰亚胺与铝复合的复合材料。主要作用是隔热、防辐射、抗拉伸以及抗氧化和抗腐蚀,充当航天器的保护伞。
盖亚空间望远镜和中巴地球资源卫星04星,来源:金瓯新材料研究院
主要应用案例有上世纪60年代末阿波罗登月、2013年底欧空局发射升空的盖亚(Gaia)太空望远镜、2014年12月7日,在太原成功发射升空的中巴地球资源卫星04星、NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜等。
PI泡沫
聚酰亚胺泡沫材料属于先进功能材料。国外于上世纪60年代开始进行聚酰亚胺泡沫的开发,70年代聚酰亚胺泡沫被正式用于飞机上。上世纪70年代,美国NASALangley研究中心与UnitikaAmerica公司合作开发、研究出用于航天飞船绝热保温的聚酰亚胺泡沫材料。
在航天飞行器上,如航天飞机、空间站、火星探测器、登月舱,由于其特殊的作业环境,使得部件上的材料不仅要承受飞行带来的高温,同时还要具备轻质、阻燃、吸声和减震等性能。聚酰亚胺泡沫在航空航天上的应用,主要作用是①隔热保温;②缓振;③耐蠕变。
PI纤维
在航空航天上,聚酰亚胺纤维主要应用于轻质电缆护套、耐高温特种编织电缆、大口径展开式卫星、天线张力索等产品上。
耐高温聚酰亚胺纤维是目前使用温度最高的有机合成纤维之一,可以在250~350℃使用,高性能聚酰亚胺纤维的强度比芳纶高出约1倍,是目前力学性能最好的有机合成纤维之一。聚酰亚胺纤维具有独特的低温适用性,可以胜任外太空-100℃以下温度环境。
目前国内从事PI纤维产业的企业有江苏奥神新材、长春高琦、江苏先诺、江西海派新材料等,据了解——
- 江苏先诺一款具有完全自主知识产权的高性能有机纤维于2016年通过了科技成果鉴定,同时于2020年牵头完成了《高强高模聚酰亚胺长丝》国家标准的制定;
- 2023年底江苏奥神开工建设聚酰亚胺复合材料项目,项目总投资达到50亿元,一期项目投资13.6亿元,将主要建设总产量7000吨的聚酰亚胺短纤维、聚酰亚胺长丝、纸基复合材料和复合板材料;
- 海派新材成立于2022年8月,聚酰亚胺纤维生产建设项目于2023年5月开工,总投资105亿,建成后可年产2万吨聚酰亚胺纤维。
PI复合材料
纤维增强复合材料是镁铝合金之后的新一代轻量化材料。聚酰亚胺树脂基复合材料具备聚酰亚胺高耐热性、优异的力学性能、介电性能、耐溶剂性能等特点,是目前使用温度最高的树脂基复合材料,在航空(尤其是航空发动机)、航天等领域得到了广泛的应用。
英国与意大利合资的Agusta Westland直升机公司研制的EH-101直升机主桨叶旋翼,采用具有超耐用性能及超耐疲劳的聚酰亚胺复合材料,使其能承受使用过程中旋翼所产生的高动力载荷,让直升机旋翼的使用寿命有了质的飞跃。
经过近 40 年的发展,聚酰亚胺耐高温树脂基复合材料已经发展出了四代复合材料,使用温度不断得到提升,目前最先进的第四代聚酰亚胺树脂基复合材料能够在 450℃下长时间使用。
注:本文中提到的“势银膜链”和“金瓯新材料研究院”均为专业研究机构,其数据和案例具有较高的参考价值。