엔지니어링 플라스틱은 경량성, 내충격성, 고강도, 우수한 전기 절연성, 내식성, 내마모성 및 성형 용이성 등의 특성으로 인해 항공기에 광범위하게 적용됩니다. 거의 모든 종류의 엔지니어링 플라스틱과 그 강화 복합재료는 항공기 구조에 적합한 용도를 찾아 중요한 역할을 수행할 수 있습니다. 항공기에서 엔지니어링 플라스틱의 적용 분야는 크게 전기 부품, 구조 부품, 내부 마감재 및 투명 부품으로 분류할 수 있습니다.
플라스틱 전기 부품
엔지니어링 플라스틱은 뛰어난 전기 절연 특성 덕분에 항공 분야에 처음 사용되기 시작했습니다. 주로 모터, 전기 제품, 계측기 및 전력 분배 시스템에서 코일 보빈, 단자대, 소켓, 커넥터, 스위치뿐만 아니라 배선용 절연층 및 보호 슬리브를 제조하는 데 사용됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
- ABS, 폴리카보네이트(PC), PBT 및 폴리아미드(PA): 전기 도관, 조절기, 커넥터 및 다양한 스위치 제조에 사용됩니다.
- 폴리에테르에테르케톤(PEEK): 레이더 부품 및 레이돔에 사용됩니다.
- 피로멜리트산폴리이미드(PI) 필름: 탁월한 내열성과 유전 특성으로 인해 항공기 전선 및 케이블의 절연 및 보호층으로 사용됩니다.
플라스틱 구조 부품
항공기 엔진 및 각종 부속품의 구조 부품에 금속을 엔지니어링 플라스틱으로 대체하는 것은 적용 범위를 확대하는 중요한 추세입니다. 이러한 부품에는 자가 윤활 베어링, 부싱, 씰, 리테이닝 링, 패스너, 계기 하우징, 캠, 풀리, 기어, 클램프 및 다양한 개스킷이 포함됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
- 폴리 에테르 에테르 케톤 (PEEK): 다양한 엔진 부품 제조에 사용됩니다.
- 폴리아미드(PA) 및 폴리옥시메틸렌(POM): 풀리, 캠, 고정 링, 클램프 및 기어에 사용됩니다.
- 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE): 뛰어난 자체 윤활 특성으로 인해 베어링에 사용됩니다.
- 폴리이미드 성형 화합물: 엔진 전면 프레임의 내마모성 부싱에 사용되는 청동을 대체하는 데 사용됩니다.
- 유리섬유 강화 폴리이미드: 제트 엔진 꼬리 노즐 및 플랩 씰(물고기 비늘 모양)에 사용됩니다.
플라스틱 내부 트림
항공기 내부 마감재는 플라스틱 적용에 있어 또 다른 중요한 영역입니다. 예를 들어, 총중량 77,180kg인 보잉 727 항공기에서 플라스틱은 2,730kg을 차지하며, 그중 908kg이 내부 마감재에 사용됩니다. 이러한 구성 요소에는 수하물 선반, 바닥재, 내장재, 좌석, 창틀, 방음/단열재 및 장식용 접착제가 포함됩니다. 장식용 측면 벽, 천장, 수납함 및 칸막이와 같은 넓은 표면 패널에는 미적 매력과 난연성을 모두 제공하는 폴리불화비닐(PVF) 필름이 자주 사용됩니다.
| 자재 | 가공 방법 | 햇빛 가리개, 램프 덮개, 식품 상자, 화장지 상자, 잡지꽂이, 프로젝터 케이스 |
| 폴리 카보네이트 (PC) | 회전 성형, 사출 | 햇빛 가리개, 램프 덮개, 식품 상자, 화장지 상자, 잡지꽂이, 프로젝터 케이스 |
| 폴리 카보네이트 (PC) | 회전 성형, 사출 | 창틀, 잡지꽂이, 쓰레기통, 좌석, 승객 서비스 장치(PSU), 식판, 카펫 가장자리 |
| ABS | 사출, 압출 | 시트 팔걸이, 도어 내부 패널, 도어 트림 |
| 폴리 아미드 (PA) | 사출, 압출 | 등받이, 탄성 쿠션, 벽 패널, 휴대용 아기 침대 |
| 폴리술폰(PSU) | 회전 성형, 열성형 | 환기 및 배수관 |
| PVF 필름 | 주조 또는 압출 | 벽 패널, 천장 등에 사용되는 표면 라미네이트 |
| 폴리에테르술폰(PES) | 주입 | 창틀 홈, 차양 레일, 문 손잡이, 걸쇠, 산소 마스크 하우징, 전화기, 손잡이 |
| 폴리에테르술폰(PES) | 밀어 냄 | 장식 패널, 사출 좌석 커버 |
| 폴리에테르술폰(PES) | 진공성형, 열성형 | 햇빛 가리개, 램프 덮개, 식품 상자, 화장지 상자, 잡지꽂이, 프로젝터 하우징 |
투명 플라스틱 부품
투명 부품은 앞유리, 조종석 덮개, 기수 부분, 다양한 모양의 객실 창문, 투명 칸막이, 계기판, 승객용 조명 덮개, 항법등 덮개 등 관찰 및 조명에 사용되는 재료를 말합니다. 이러한 부품들은 기체 구조의 일부이므로 공기역학적 형상을 유지하고 비행 중 공기역학적 하중, 가압 및 운동 에너지에 의한 열을 견뎌야 합니다. 따라서 구조적 부재이자 기능적 부재로서의 역할을 모두 수행합니다.
투명 플라스틱의 성능
투명 소재는 두 가지 유형으로 분류됩니다.
- 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 범용 플라스틱입니다.
- 폴리 카보네이트 (PC)는 엔지니어링 플라스틱입니다.
이러한 소재는 일체형 투명 부품이나 유리-플라스틱 복합 시스템의 구조층으로 사용됩니다. 구조는 단층, 이중층 및 적층 형태를 포함합니다. 적층 구조는 소재 조합에 따라 유리-유리, 유리-아크릴, 유리-폴리카보네이트 및 아크릴-폴리카보네이트로 세분화됩니다.
| Structure | 자재 | 연결 유형 | 기능 | 어플리케이션 |
| 단일 층 | 일체형 아크릴 또는 PC 기판 | 다양한 강성 또는 연성 연결 | 가공 및 제조가 용이함 | 소형/중형 항공기 및 헬리콥터용 창문; 전투기 조종석 덮개 및 앞유리; 폭격기 기수 부분 및 관측창 |
| 더블 레이어 | 고무/플라스틱 스페이서가 있는 두 장의 아크릴판; 공기 또는 질소로 채워진 공간 | 클램핑 프레임 또는 플레이트 | 안전장치가 견고한 구조; 뛰어난 단열 및 방음 성능 | 대형/중형 항공기의 승객용 창문 및 출입문 창문, 일부 조종석 측면 창문 |
| 적층 | 여러 겹의 유리, 아크릴 또는 PC 소재를 투명한 중간층으로 접착하여 제작하며, 발열체를 포함할 수 있습니다. | 고정 프레임(유리); 고정판 또는 볼트(플라스틱) | 조류 충돌 방지 또는 방탄 기능 | 군용/민간 항공기 및 일부 헬리콥터용 조류 충돌 방지 앞유리 및 방탄 유리, 일부 전투기 조종석 덮개 |
항공용 폴리카보네이트(PC) 시트는 특수 비스페놀 A형 PC 수지를 압출 성형한 후 캘린더링 공정을 거쳐 제조됩니다. 아크릴과 비교했을 때, PC 시트의 주요 장점은 우수한 충격 저항성(낙하 충격 강도가 일반 아크릴보다 20배 높음)과 높은 내열성(열변형 온도가 약 30°C 높음)입니다. 그러나 내마모성이 떨어지고 용제에 노출될 경우 응력 균열이 발생하기 쉬우며 자외선에 민감하여 일반적으로 보호를 위해 경질 코팅이 필요합니다. 항공 분야에서는 단독으로 사용되는 경우는 드물고, 주로 적층 투명 패널의 하중 지지 구조층으로 사용됩니다.
투명 소재에 대한 요구 사항
투명 부품은 우수한 광학적 특성, 충분한 구조적 강도, 내마모성, 긴 수명, 높은 신뢰성 및 손쉬운 유지보수를 갖춰야 합니다.
| 항목 | 요구조건 니즈 |
| 셰이프 | 공기저항을 줄이기 위해 유선형으로 설계되었으며, 스텔스 항공기는 낮은 레이더 반사 면적(RCS)을 위해 특수한 형상이 필요합니다. |
| 보기의 필드 | 탁월한 시야와 선명도; 전투기 조종사는 넓은 전방 및 측면 시야뿐만 아니라 하방, 상방 및 후방 시야도 필요로 합니다. |
| 광학 특성 | 높은 광투과율, 최소한의 흐림 현상; 중요한 창 부분은 엄격한 광학적 왜곡 및 각도 편차 기준을 충족해야 함; 두꺼운 부분은 양안 시차 및 고스트 현상을 고려해야 함 |
| 부하 용량 | 정적 조건: 공기역학적 및 가압 하중을 견뎌야 함; 동적 조건: 피로 수명 요구 사항을 충족해야 함; 집중 조건: 전면부의 조류 충돌 저항 및 전투기의 방탄 요구 사항을 충족해야 함 |
| 열 저항 | 표준 온도: -55~60°C; 초음속 항공기는 95°C 이상의 운동 에너지 가열을 견뎌야 합니다. |
| 환경 | 노화, 습도, 열 및 염수 분무에 대한 저항성 |
| 난연성 | 수평 연소 속도는 64mm/min을 초과하지 않아야 합니다. |
| 가공성 | 열성형 및 기계 가공이 용이하며, 분해 온도는 성형 온도보다 훨씬 높아야 합니다. |
| 유지 보수성 | 부품 호환성이 높아 수리가 용이합니다. |
일반적인 투명 부품은 항공기 종류에 따라 달랐습니다.
| 타입 | 이름 |
| 공격 항공기 | 전면 유리창(방탄), 측면 유리창, 이동식 캐노피 |
| 폭탄 병 | 폭격 조준경 창, 조종석 중앙/주요 앞유리, 기수 부분, 항법 창, 관측 덮개, 후방 사수 창(측면/전면 방탄) |
| 여객기 | 중앙/주요 앞유리, 눈썹창(상단 고정형), 투명창(가동식), 측면 고정창, 출입문 창, 승객실 창 |
| 헬리콥터 | 녹색 필터 유리, 앞유리, 하단 시야 확보용 유리, 조종석 도어 창(상단/하단), 슬라이딩 유리, 앞/뒤 객실 도어 유리 |
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