對於長期可靠性、絕佳安全性以及輕量化的要求，使得高性能塑膠成為太空船設備眾多應用的首選材料。由Torlon PAI、PEEK、Ultem PEI、Vespel PI、Ryton R-4 PPS及其他先進聚合物所加工或射出成型的元件，在過去數十年來已經證明其能力，而且其接受度也隨著太空船產業而持續成長。
塑料的哪些特性對太空船應用很重要？
高效能塑膠的特性可解決與太空船應用相關的許多複雜工程與材料規格挑戰：
- 低溫下的延展性與韌性
- 在推進系統的高溫環境下仍能保持強度
- 結構完整，可承受從火箭發射到各個飛行階段的極端震動力
- 耐固體和液體推進劑、液壓液和其他化學品
- 符合火焰和煙霧產生的工業安全標準
- 低真空放氣，可防止化學冷凝物過度沉積，以免污染光學元件和精密系統
- 長期輻射照射後的強度和延展性保留
哪些高性能塑料具有太空船應用所需的特性？
多種先進聚合物在太空船的結構、電氣、流體和機械系統中已經得到驗證。它們在特性上的差異，以及對化學物質和輻射的耐受程度，讓工程師能夠為每個元件指定最適合其運作環境的材料。
下列高效能塑膠具有獨特的特性，非常適合特定的應用需求：
- Torlon PAI(聚酰胺-亞胺)、Vespel PI(聚亞胺) 和Ultem PEI(聚醚-亞胺) 是亞胺聚合物，可在低溫和極端高溫下保持強度，並可承受輻射照射。
- 酮聚合物具有優異的耐化學性。它們包括PEEK（聚醚醚酮）、PEK（聚醚醚酮）以及高溫 PEEK XT和HT PEK。
- Ryton R-4 PPS 是一種玻璃纖維含量為 40% 的聚苯砜，是一種具有優異耐化學性的高強度材料。在 200°C 以下無已知溶劑。
- PCTFE 是一種含氟聚合物，作為 LOX、LH2和其他液化氣系統中的低溫密封件材料，表現優異。它還具有高 LOI（極限氧指数），可滿足嚴格的易燃性要求。
- 所有產品均符合與各種應用相關的業界可燃性和煙霧產生標準。
工程說明： Torlon PAI、PEEK、Ultem PEI 和其他高效能聚合物的牌號中，有可增加強度的玻璃纖維或碳纖維，以及可改善軸承和磨耗特性的固體潤滑劑。
哪些塑料可抵抗太空輻射？
- 在太空中持續暴露於輻射中會使某些聚合物降解。許多聚合物會在相對較短的時間內脆化。
- Torlon PAI、PEEK 和 Ultem PEI 即使在持續高輻射照射下仍能保持極佳的特性。
- 美國複合材料製造學習中心的測試報告確認了這些聚合物的抗輻射性，摘要如下。
先進塑膠的輻射耐受性測試
美國複合材料製造學習中心進行的測試確定了輻射如何影響一組綜合熱塑性塑料的物理特性。 測試是在 103 到 109 rads 的暴露水平下進行的。 以下材料表現良好：
- Torlon 5030 PAI 是一種高強度的 30% 玻璃強化聚合物，由Drake Plastics 擠出成型並加工成零件作為測試樣本。Torlon 5030 部件保持了所需的機械特性水平，在109 rads （最高的測試暴露水平）下滿意地通過了測試。
- Victrex PEEK 是 Drake Plastics 的另一種聚合物。 擠壓成 高性能原料形狀 以及機械加工和模塑零件，也通過了 109
- 零件由 30% 玻璃強化 Ultem 2300 PEI 加工的零件 在108℃時也顯示出令人印象深刻的特性保持率
為什麼低揮發性氣體對太空船工業中的塑料很重要？
- 某些塑料在真空中容易放氣，並釋放出過量的揮發性物質。
- 這些揮發性物質可能會污染重要的太空船系統，並使光學元件和太陽能陣列蒙上陰影，損害其效能。
哪些塑料具有低真空放氣特性？
- Torlon PAI 和 PEEK 適用於太空船應用的優點，在於可減輕某些塑料在零重力真空環境下常見的真空除氣問題。
- 為 NASA 進行的測試證實，特定等級的 Torlon PAI 和 PEEK 符合低放氣材料的資格。其基礎是 TML（總質量損失）水平低於 1%，CVCM（收集的揮發性可凝結材料）低於 0.1%。
- NASA 將測試的 Torlon PAI 和 PEEK 的特定等級及其測試結果的詳細資訊，列入該機構為太空船應用而保留的低放氣材料清單中。
什麼塑膠能在太空低溫下保持韌性和強度？
- 材料在低溫環境下保持強度和韌性的能力，對於深空望遠鏡和探測器中的機構和部署系統尤為重要，因為在這種情況下，零件的完整性不能受到影響。
- Torlon PAI、Vespel PI、CryoDyn CT-200PEEK 和 PCTFE 均已證實它們在低溫環境下仍能保持結構強度和延展性，而這些低溫環境可能會粉碎許多金屬。
高性能塑料在太空船中有哪些典型應用？
- 採用高強度、尺寸穩定的Torlon 7130製造的扇形齒輪 可可靠地部署衛星太陽能陣列。
- Torlon 5030和 PEEK 絕緣體和隔離體 是絕佳的熱絕緣體和電絕緣體。
- Torlon PAI 和 PEEK安裝五金件 可固定各種設備，包括天線、窗戶、流體和氣體管道系統以及隔熱板。
- Torlon 4203的緊固件和螺絲 可抵抗輻射造成的降解，保持高強度，而且重量遠輕於金屬零件。
- Ultem PEI衛星元件 提供高強度和 EMI/RFI 屏蔽。
- PEEK 和 Torlon PAI 軸承等級的磨損墊片 可維持軌道衛星推進定位系統的功能。
- 火箭引擎中的氧化劑氣閥密封件和襯套 依靠Torlon 4301提供耐化學性以及在高溫下經歷極端震動的部件的強度和穩定性。
高性能塑膠支援技術創新
對於長期可靠性、絕佳安全性以及輕量化的嚴苛要求，使得高效能塑膠成為太空船設備眾多應用的首選材料。
專精於先進聚合物的公司與工程師密切合作，利用這些材料的優點進行創新應用。舉例來說，Drake Plastics 與領先的太空船 OEM 廠商合作，以 Torlon PAI、PEEK、Ultem PEI、Vespel PI、Ryton R-4 PPS 及其他聚合物開發下一代元件。該公司使用這些高性能塑膠擠出可加工的形狀、開發客製化的形狀配置，並生產機械加工和注塑成型的零件，以滿足業界不同領域的需求。數十年來，這些聚合物已證明其在航太應用上的可靠性，而隨著太空船產業的成長與技術上的突破，這些聚合物的接受度也持續擴大。
有關太空船工業中高性能塑膠的常見問題解答
為什麼除氣是太空船應用的問題？
- 某些聚合物在真空條件下容易產生放氣現象，產生的冷凝物會損害關鍵系統、光學元件和太陽能集熱器表面的性能。
- 根據測試結果，NASA 將特定等級的 Torlon PAI 和 PEEK 列入可接受的太空船零件低放氣材料清單。
哪些應用需要低溫等級塑料？
- 艙外維修和保養活動可能會使零件在零重力和極度寒冷的狹小工作空間中受到損害。
- 對於在深空作業的停靠和部署裝置而言，可抵抗機械負荷而失效的塑膠也很重要。
- 液體推進劑系統需要在低溫環境下具有強大密封性能的材料。
在低溫下性能良好的聚合物有哪些？
- Torlon PAI、PEEK 和低溫級 PEEK 在低溫條件下都能保持高強度和延展性。
- PCTFE 和低溫 PEEK 聚合物特別適合液化氣推進劑和冷卻系統的低溫密封應用。
指定既可加工又可注塑成型的高性能塑料有哪些優點？
- 在產量較低時，應用通常會從機械加工零件開始，當單位產量證明模具成本合理時，便會轉換為射出成型。
- 以相同材料進行轉換的能力可免除或減少驗證射出成型零件的材料規格所需的時間與成本。