航空機に使用されるポリマーマトリックス複合材料

著者: John Stephens
作成日: 24 1月 2021
更新日: 29 11月 2024
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ポリマーマトリックス複合材料は、プラスチックマトリックスに挿入された強化繊維からなるハイテク素材です。現代の軍用および民間航空機の多くは、これらの材料を使わずに製造することはできません。航空機の製造に使用された最初の複合材料はFRPでした。 1950年代にこの材料(ガラス繊維強化プラスチック)と炭素繊維とホウ素の複合材料が民間航空機の製造に最初に使用されました。


ポリマー複合材料は、民間航空機および軍用航空機に広く使用されています。 (Stephen Brashear /ゲッティイメージズ/ゲッティイメージズ)

ポリマーマトリックス

複合材料は2つ以上の要素の組み合わせです。ポリマーはプラスチックで、カーボンやガラスなどの繊維材料で強化されています。熱硬化性ポリマー樹脂または熱可塑性材料は複合材料に使用されるマトリックスである。モデル化された後、熱硬化性樹脂から作られたものは容易に修理または改造することができません。熱可塑性材料は、硬化後に溶融して改造することができる。これにより、この材料から作られた部品は熱硬化性樹脂から作られたものより修理が容易になります。

ガラス繊維強化プラスチック(GRP)

ガラス繊維強化プラスチック(PRFV)は、その名のとおり、ガラス繊維で強化されたプラスチックポリマーです。 1920年に初めて開発されたグラスファイバー強化プラスチックは、まもなく海軍および航​​空用途に使用されるようになりました。アメリカ陸軍は、より強くより軽い軍用機の開発を追求するためにその使用を採用した。 1945年のオークリッジ国立研究所によると、この材料の3,000トン以上が軍事用途に使用されていました。ガラス繊維部品は航空機の建設に必要な形状に成形される。繊維はプラスチック樹脂のマトリックスに固定されている。ポリエステルまたはビニルエステル樹脂は、一般的にマトリックス材料として使用されていますが、熱可塑性材料はより安全で取り扱いが容易であるため、古いタイプのマトリックスに取って代わるものです。

炭素繊維複合材料

石油コストの上昇により、航空機メーカーは、軽量化とより効率的な航空機の製造により重点を置くようになりました。この目的を達成するための1つの方法は、これらの航空機の製造において炭素繊維複合材料を使用することである。 Boeing 787 Dreamlinerなどの民間航空機は、これらの材料を使用しているため、はるかに効率的に燃料を節約できます。炭素繊維複合材料も軍用航空機の製造に広く使用されている。炭素繊維は軽量で耐久性のある材料であるため、エルロンやローターなどの制御面で広く使用されています。それらは金属部品よりも耐久性がありそして腐食に対して抵抗性がある。炭素繊維複合材料は、F-18やV-22オスプレイの転換式航空機などの航空機部品に広く使用されています。


アラミド繊維複合材料

アラミド繊維複合材料は、世界最大の航空機のいくつかで見つけることができます。芳香族ポリアミドは、分子が繊維軸に沿って配向しているポリマー繊維です。分子間の化学結合のために、これは結果として生じる材料を非常に強くて軽くする。繊維は、溶液からポリマーを遠心分離することによって製造される。市販されているアラミド繊維複合材料のいくつかは、KevlarおよびN​​omexである。これらの材料は非常に強く、絶縁性があり、腐食にも強いです。これらの性質はそれらを航空機構造要素の製造に適したものにする。エアバスA380などの大型旅客機は、ポリアミド材料で作られています。その結果、構造的完全性を放棄することなく、低燃費の軽量構造が得られます。

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