اختفى استخدام المغنيسيوم والبلاستيك والنسيج والخشب في صناعة الطائرات منذ منتصف الخمسينيات من القرن الماضي، كما تقلص استخدام الألمنيوم بشكل كبير من 80 في المائة من هياكل الطائرات في عام 1950، إلى حوالي 15 في المائة من سبائك الألومنيوم اليوم لبناء هيكل الطائرة، حيث يتم استبدال تلك المواد بمواد غير معدنية للطائرات، مثل البلاستيك المقوى والمركبات المتقدمة.
استخدامات المواد المكونة للطائرات
أولاً: الخشب Wood
أقدم الطائرات كانت مصنوعة من الخشب والقماش، أما اليوم وباستثناء عمليات الترميم وبعض الطائرات محلية الصنع، يتم استخدام القليل جدًا من الخشب في صناعة الطائرات.
ثانياً: بلاستيك Plastics
يستخدم البلاستيك في العديد من التطبيقات في جميع أنحاء الطائرات الحديثة، حيث تتراوح هذه التطبيقات من المكونات الهيكلية للبلاستيك المصلد بالحرارة المقوى بالألياف الزجاجية إلى الزخرفة للمواد البلاستيكية الحرارية إلى النوافذ.
1- بلاستيك شفاف Transparent Plastics
كما يمكن تقسيم المواد البلاستيكية الشفافة المستخدمة في مظلات الطائرات والزجاج الأمامي والنوافذ وغيرها من العبوات الشفافة المماثلة إلى فئتين أو مجموعتين رئيسيتين، حيث تصنف هذه المواد البلاستيكية حسب تفاعلها مع الحرارة، إلى فئتان وهاتان الفئتان هما: اللدائن الحرارية والتلدن بالحرارة، كما سوف تنعم المواد البلاستيكية الحرارية عند تسخينها وتتصلب عند تبريدها، أيضًا يمكن تسخين هذه المواد حتى تصبح طرية، ثم تشكيلها بالشكل المطلوب وعندما تبرد، سوف تحتفظ بهذا الشكل، كما يمكن إعادة تسخين نفس قطعة البلاستيك وإعادة تشكيلها بأي عدد من المرات دون تغيير التركيب الكيميائي للمواد.
حيث تتصلب المواد البلاستيكية بالحرارة عند التسخين ولا يكون لإعادة التسخين أي تأثير تليين، كما لا يمكن إعادة تشكيل هذه المواد البلاستيكية بمجرد معالجتها بالكامل عن طريق تطبيق الحرارة، بالإضافة إلى الفئات المذكورة أعلاه، يتم تصنيع البلاستيك الشفاف في شكلين: متآلف (صلب) ومصفح، بالإضافة إلى ذلك تصنع اللدائن البلاستيكية الشفافة المصفحة من صفائح وجه بلاستيكية شفافة مربوطة بطبقة داخلية، عادة ما تكون بولي فينيل بوتيل ونظرًا لخصائصه المقاومة للكسر يتفوق البلاستيك الرقائقي على البلاستيك الصلب ويستخدم في العديد من الطائرات المضغوطة.
كما يتم تصنيع معظم الصفيحة الشفافة المستخدمة في الطيران وفقًا للمواصفات العسكرية المختلفة، أصبح تطور جديد في البلاستيك الشفاف هو الأكريليك المشدود ويعتبر الأكريليك الممدود أو المشدود، نوع من البلاستيك يتم سحبه في كلا الاتجاهين قبل تشكيله لإعادة ترتيب هيكله الجزيئي، كما تتمتع ألواح الأكريليك الممتدة بمقاومة أكبر للتأثير وأقل عرضة للكسر وتعتبر مقاومته الكيميائية أكبر وتكون الحواف أبسط والخدوش أقل ضررًا.
2- الأوراق البلاستيكية Plastic Papers
تُغطى الأوراق البلاستيكية الفردية بورق تقنيع ثقيل تمت إضافة مادة لاصقة حساسة للضغط إليها، كما يساعد هذا الورق على منع الخدش العرضي أثناء التخزين والمناولة، يجب الحرص على تجنب الخدوش والحفر التي قد تكون ناجمة عن انزلاق الإملاءات ضد بعضها البعض أو عبر طاولات خشنة أو متسخة وإذا أمكن، يتم القيام بتخزين الأوراق في صناديق مائلة بحوالي 10 درجات من الوضع الرأسي وإذا كان يجب تخزينها أفقيًا، فيجب ألا يزيد ارتفاع الأكوام عن 18 بوصة ويجب تكديس الأوراق الصغيرة على الأكبر منها لتجنب تراكم غير مدعوم، كما يخزن في مكان بارد وجاف بعيدًا عن أبخرة المذيبات وملفات التسخين والمشعات وأنابيب البخار، أيضًا يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة في غرفة التخزين 120 درجة فهرنهايت.
في حين أن أشعة الشمس المباشرة لا تضر بالبلاستيك الأكريليكي، إلا أنها ستتسبب في جفاف وتصلب المادة اللاصقة اللاصقة، مما يجعل إزالة الورق أمرًا صعبًا وإذا لم يتدحرج الورق بسهولة، يتم وضع الورقة في فرن على حرارة 250 درجة فهرنهايت لمدة دقيقة واحدة كحد أقصى وستعمل الحرارة على تليين المادة اللاصقة اللاصقة لسهولة إزالة الورق وفي حالة عدم توفر فرن، يجب القيام بإزالة ورق التقنيع المتصلب عن طريق تليين المادة اللاصقة بالنافثا الأليفاتية وفرك ورق التقنيع بقطعة قماش مشبعة بالنافثا، كما سيؤدي ذلك إلى تليين المادة اللاصقة وتحرير الورق من البلاستيك، أيضًا يجب غسل الأوراق المعالجة على الفور بالماء النظيف، مع الحرص على عدم خدش الأسطح.
ملاحظة: يجب عدم الخلط بين النفتا الأليفاتية والنافثا العطرية ومذيبات التنظيف الجاف الأخرى التي لها آثار ضارة على البلاستيك ومع ذلك، فإن النفتا الأليفاتية قابلة للاشتعال ويجب مراعاة جميع الاحتياطات المتعلقة باستخدام السوائل القابلة للاشتعال.
المواد غير المعدنية في صناعة الطائرات
عدد قياسي من المكونات والتجمعات الفرعية والوحدات أي أكثر من 4000 لكل منتج واحد يتم إنتاجها من مواد التركيب البوليمرية (PCM) بوزن إجمالي يبلغ 5500 كجم، بما في ذلك تلك المصنعة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون (2500 كجم) ومن البلاستيك الأكريليكي والألياف الزجاجية (3000 كجم) وتم استخدامها في تصميم أكبر طائرة نقل في العالم (An-124)، بينما بلغت المساحة الإجمالية لهذه التصاميم المكونة من مواد التكوين (1500 م 2).
أدى استبدال المعدن بمواد غير معدنية إلى تقليل وزن الطائرة بمقدار (1800 كجم) وتم إنشاء سلسلة واسعة من المواد الجديدة اللدائن الهيكلية المقواة بالكربون، والتي تمتلك مجموعة من الخصائص الخاصة التي تضمن عامل أمان مرتفع للمواد تحت الأحمال الثابتة والديناميكية، وقوة التعب العالية ومقاومة التشقق وعلى أساس الكربون مواد مالئة كضفائر وأشرطة وأقمشة ومجلدات بوليمرية مختلفة.
والمواد اللاصقة النشطة بالحرارة والتي تضمن مستوى عالٍ من خصائص القوة المرنة لمواد الحشو الكربونية وإمكانية خدمة المواد على نطاق درجة الحرارة المحدد، هي أجزاء مكونة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون، وبالتالي فإنّ (KMU-P) البلاستيك المقوى بألياف الكربون (PCM أحادي الاتجاه)، وهو فعال في الفاصل الزمني من (-60 درجة مئوية) إلى (+ 150 درجة مئوية)، بما في ذلك في الوسائط العدوانية ومع ما لا يقل عن (70%) من خصائص القوة كحد أقصى درجة حرارة التشغيل وتوفر صلابة معززة وقوة إجهاد وعمر خدمة بالإضافة إلى تقليل وزن التصميم.
في إطار أشرطة الكربون الرقيقة ومصفوفة الايبوكسي قد يعمل البلاستيك المقوى بالكربون (KMU-4) والذي يتميز بقدرة عالية على التكيف مع التصنيع، وعند درجات حرارة تصل إلى (160 درجة مئوية) ويتم اختيار حلول التسوية في تصميم الهياكل، والسعي جاهدًا لتقليل وزن المادة إلى أقصى حد ممكن باستخدام البلاستيك المقوى بالكربون ذي الخصائص الميكانيكية المحدودة من ناحية.
على الرغم من وجود البلاستيك المقوى بالكربون مع خصائص شار عالية القوة (3500 ميجا باسكال) ومعايير مرنة (3 · 10 5 ميجا باسكال)، لذلك يتم استخدام المواد ذات الطبقة الواحدة بقوة (1000 ميجاباسكال) – (2000 ميجاباسكال) في معظمها، ويمكن تصنيع أكثر من (50%) من التصاميم المستخدمة حالياً من البلاستيك المقوى بالكربون بقوة طبقة واحدة تصل إلى (1500 ميجاباسكال)، وفي حين أنّ القوة التي تزيد عن (3000 ميجاباسكال) مطلوبة لـ (15%) فقط.
