I materiali plastici ingegneristici trovano ampia applicazione nel settore aeronautico grazie alla loro leggerezza, resistenza agli urti, elevata resistenza, eccellente isolamento elettrico, resistenza alla corrosione, resistenza all'usura e facilità di stampaggio. Quasi tutti i tipi di materiali plastici ingegneristici e i loro compositi rinforzati possono trovare applicazioni idonee e svolgere un ruolo fondamentale nella struttura di un aeromobile. Le applicazioni dei materiali plastici ingegneristici nel settore aeronautico possono essere generalmente suddivise in componenti elettrici, parti strutturali, finiture interne e componenti trasparenti.
Componenti elettrici in plastica
Le loro eccellenti proprietà di isolamento elettrico hanno spinto l'uso iniziale dei materiali plastici tecnici nel settore aeronautico. Sono utilizzati principalmente in motori, elettrodomestici, strumentazione e sistemi di distribuzione dell'energia per la produzione di bobine, morsettiere, prese, connettori, interruttori, nonché strati isolanti e guaine protettive per il cablaggio. Ad esempio:
- ABS, policarbonato (PC), PBT e poliammide (PA): utilizzati per la produzione di condotti elettrici, regolatori, connettori e vari interruttori.
- Polietereterchetone (PEEK): utilizzato per componenti radar e radome.
- Pellicola di poliimmide piromellitica (PI): utilizzata per strati isolanti e protettivi di fili e cavi aeronautici grazie alla sua eccezionale resistenza al calore e alle sue proprietà dielettriche.
Parti strutturali in plastica
La sostituzione del metallo con materiali plastici tecnici per componenti strutturali di motori aeronautici e vari accessori rappresenta una tendenza significativa per ampliarne l'applicazione. Tra questi componenti rientrano cuscinetti autolubrificanti, boccole, guarnizioni, anelli di tenuta, elementi di fissaggio, alloggiamenti per strumenti, camme, pulegge, ingranaggi, morsetti e guarnizioni varie. Alcuni esempi:
- Polietereterchetone (PEEK): Utilizzato per la produzione di vari componenti del motore.
- Poliammide (PA) e poliossimetilene (POM): utilizzati per pulegge, camme, anelli di sicurezza, morsetti e ingranaggi.
- Politetrafluoroetilene (PTFE): utilizzato per i cuscinetti grazie alle sue eccellenti proprietà autolubrificanti.
- Composti per stampaggio in poliimmide: utilizzati per sostituire il bronzo nelle boccole resistenti all'usura nei telai anteriori dei motori.
- Poliimmide rinforzata con fibra di vetro: utilizzata per gli ugelli di coda dei motori a reazione e le guarnizioni delle alette (squame di pesce).
Rifiniture interne in plastica
Le finiture interne rappresentano un altro ambito critico di applicazione della plastica. Ad esempio, in un Boeing 727 con un peso lordo di 77,180 kg, la plastica rappresenta 2,730 kg, di cui 908 kg sono utilizzati per le finiture interne. Questi componenti includono portapacchi, pavimenti, rivestimenti, sedili, telai dei finestrini, isolamento acustico/termico e adesivi decorativi. Pannelli di grandi dimensioni come pareti laterali decorative, soffitti, contenitori portaoggetti e divisori sono spesso rivestiti con pellicola in polivinilfluoruro (PVF), che offre sia un aspetto estetico che proprietà ignifughe.
| Materiale | Metodo di elaborazione | Alette parasole, coprilampade, scatole per alimenti, scatole per fazzoletti di carta, portariviste e alloggiamenti per proiettori |
| Policarbonato (PC) | Stampaggio rotazionale, iniezione | Alette parasole, coprilampade, scatole per alimenti, scatole per fazzoletti di carta, portariviste e alloggiamenti per proiettori |
| policarbonato (PC) | Stampaggio rotazionale, iniezione | Telai delle finestre, portariviste, cestini dei rifiuti, sedili, unità di servizio passeggeri (PSU), vassoi per i pasti, bordi dei tappeti |
| ABS | Iniezione, estrusione | Braccioli dei sedili, pannelli interni delle portiere, rivestimenti delle portiere |
| Poliammide (PA) | Iniezione, estrusione | Schienali, cuscini elastici, pannelli murali, culle porta-bambini |
| Polisulfone (PSU) | Stampaggio rotazionale, Termoformatura | Tubi di ventilazione e drenaggio |
| Pellicola PVF | Fusione o estrusione | Laminati superficiali per pannelli murali, soffitti, ecc. |
| Polietersulfone (PES) | Iniezione | Canali dei telai delle finestre, guide delle tende parasole, maniglie delle porte, chiavistelli, alloggiamenti per maschere di ossigeno, telefoni, manopole |
| Polietersulfone (PES) | Estrusione | Pannelli decorativi, coperture per sedili eiettabili |
| Polietersulfone (PES) | Formatura sotto vuoto, Termoformatura | Alette parasole, coprilampade, scatole per alimenti, scatole per fazzoletti di carta, portariviste, alloggiamenti per proiettori |
Componenti in plastica trasparente
I componenti trasparenti si riferiscono ai materiali utilizzati per l'osservazione e l'illuminazione, tra cui parabrezza, coperture della capottina, coni di prua, finestrini di cabina di varie forme, divisori trasparenti, pannelli strumenti, coperture per l'illuminazione passeggeri e coperture per le luci di navigazione. Poiché questi componenti fanno parte della struttura della cellula, devono mantenere un profilo aerodinamico e resistere ai carichi aerodinamici, alla pressurizzazione e al riscaldamento cinetico durante il volo. Di conseguenza, svolgono sia funzioni strutturali che funzionali.
Prestazioni delle plastiche trasparenti
I materiali trasparenti si dividono in due tipologie:
- Polimetilmetacrilato (PMMA): è una plastica multiuso.
- policarbonato (PC), questa è una plastica ingegneristica.
Questi materiali sono utilizzati per parti trasparenti monolitiche o come strati strutturali in sistemi compositi vetro-plastica. Le strutture includono forme monostrato, bistrato e laminate. Le strutture laminate sono ulteriormente classificate in base alle combinazioni di materiali: vetro-vetro, vetro-acrilico, vetro-policarbonato e acrilico-policarbonato.
| Structure | Materiale | Tipi di connessione | Caratteristiche | Applicazioni |
| Singolo strato | Pannello acrilico o PC monolitico | Varie connessioni rigide o flessibili | Facile da elaborare e produrre | Finestre per aerei e elicotteri di piccole/medie dimensioni; tettucci e parabrezza per caccia; coni di prua e finestre di osservazione per bombardieri |
| Doppio strato | Due fogli acrilici con un distanziatore in gomma/plastica; cavità riempita d'aria o azoto | Telaio o piastra di serraggio | Struttura a prova di guasto; eccellente isolamento termico e acustico | Finestrini per passeggeri e finestrini delle porte per aerei di grandi/medie dimensioni; alcuni finestrini laterali della cabina di pilotaggio |
| Laminato | Più strati di vetro, acrilico o PC uniti con interstrati trasparenti; possono includere elementi riscaldanti | Telaio di serraggio (vetro); piastra di serraggio o bulloni (plastica) | Resistenza agli impatti con gli uccelli o capacità antiproiettile | Parabrezza resistenti agli urti con gli uccelli e vetri antiproiettile per aerei militari/civili e alcuni elicotteri; alcune calotte di caccia |
La lastra di policarbonato (PC) per uso aeronautico viene estrusa da una specifica resina PC di tipo Bisfenolo A e successivamente calandrata. Rispetto all'acrilico, il suo principale vantaggio è la superiore resistenza agli urti (la resistenza all'impatto con caduta di peso è 20 volte superiore a quella dell'acrilico orientato) e la maggiore resistenza al calore (la temperatura di deflessione termica è di circa 30 °C superiore). Tuttavia, ha una scarsa resistenza all'abrasione, è soggetto a cricche da stress in caso di esposizione a solventi ed è sensibile ai raggi UV, il che richiede solitamente un rivestimento protettivo. In aviazione, viene raramente utilizzato da solo, ma funge da strato strutturale portante nei pannelli trasparenti laminati.
Requisiti per materiali trasparenti
I componenti trasparenti devono possedere eccellenti proprietà ottiche, sufficiente resistenza strutturale, resistenza all'usura, lunga durata, elevata affidabilità e facilità di manutenzione.
| Articolo | Requisiti |
| Forma | Progettati per ridurre la resistenza aerodinamica; gli aerei stealth richiedono forme speciali per una bassa sezione trasversale radar (RCS) |
| Campo visivo | Ottima visibilità e chiarezza; i combattenti necessitano di ampie visuali frontali e laterali, nonché di visibilità verso il basso, verso l'alto e verso la parte posteriore |
| Proprietà ottiche | Elevata trasmissione della luce, minima foschia; le finestre critiche devono soddisfare rigorosi standard di distorsione ottica e deviazione angolare; le parti spesse devono tenere conto della parallasse binoculare e delle immagini fantasma |
| Capacità di carico | Statico: resistere ai carichi aerodinamici e di pressurizzazione; Dinamico: soddisfare i requisiti di durata a fatica; Concentrato: resistenza agli impatti con uccelli per le sezioni anteriori e requisiti antiproiettile per gli aerei da combattimento |
| Resistenza termica | Standard: da -55 a 60°C; gli aerei supersonici devono resistere al riscaldamento cinetico superiore a 95°C |
| Ambiente | Resistenza all'invecchiamento, all'umidità, al calore e alla nebbia salina |
| Ritardo di fiamma | Velocità di combustione orizzontale non superiore a 64 mm/min |
| Processabilità | Facile da termoformare e lavorare; la temperatura di decomposizione deve essere significativamente più alta della temperatura di stampaggio |
| manutenibilità | Facile da riparare con elevata intercambiabilità dei componenti |
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I componenti trasparenti tipici differiscono in base al tipo di piano:
| Tipo | Nome |
| Attacco aereo | Parabrezza anteriore (antiproiettile), parabrezza laterale, tettuccio mobile |
| Bombardiere | Finestra di mira per bombardamenti, parabrezza centrale/principale della cabina di pilotaggio, cono anteriore, finestre di navigazione, coperture di osservazione, finestrini posteriori del mitragliere (laterali/anteriori antiproiettile) |
| Aerei passeggeri | Parabrezza centrale/principale, finestrini sopracciglio (fissi superiori), finestrini trasparenti (mobili), finestrini laterali fissi, finestrini delle porte d'ingresso, finestrini della cabina passeggeri |
| In Elicottero | Vetro filtro verde, parabrezza, vetro inferiore, finestrini della porta pilota (superiore/inferiore), vetro scorrevole, vetro della porta della cabina anteriore/posteriore |
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