قرص العسل متعدد الأراميد: الاستقرار والتصنيع والتطبيقات

تُصنع هياكل أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد من منتجات عالية القوة وخفيفة وكثيفة تتكون في المقام الأول من ألياف الأراميد مثل نومكس. وتُعد أقراص العسل اليوم سمة شائعة في التطبيقات عالية المركبات، بدءًا من الاستخدامات الداخلية في مجال الطيران إلى ألواح مقاومة الانفجارات على مستوى الدفاع. هذه المقالة هي ملخص تقني لهياكلها واستخداماتها الأساسية في مختلف الصناعات.

1. مقدمة في هياكل قرص العسل متعدد الأراميد

تُصنعنوى قرص العسل المصنوعة من البولياراميد من خلال توسيع صفائح مشبعة بالراتنج الفينولي أو مغلفة بألياف الأراميد، عادةً ما تكون من ورق Nomex®. وهذا يخلق بنية خلوية خفيفة الوزن ولكن مع بنية خلية سداسية أو مفرطة التمدد. ويعكس هذا الهيكل خصائص قوة قرص العسل الطبيعي ويوفر أداءً أفضل في الأنظمة المركبة الساندويتشية.

كما أنها تُستخدم أيضًا كمادة أساسية في الألواح الساندويتشية، حيث يتم ربط جلود مركّبة رقيقة عالية القوة مرتبطة بمواد لاصقة (على سبيل المثال، الكربون أو البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية) على كل جانب. يوفر قلب البولياراميد صلابة وامتصاصًا للطاقة وعزلًا دون الحاجة إلى زيادة الوزن، وهو ذو قيمة خاصة للتطبيقات التي يكون فيها الوزن ضروريًا.

الشكل 1 قرص العسل المصنوع من البولياراميد

2. الخواص الميكانيكية لقلب قرص العسل متعدد الأراميد

يعد الأداء الميكانيكي لقرص العسل متعدد الأراميد أحد نقاط قوته النموذجية.

وخصائصه الرئيسية هي:

• ارتفاع نسبة القوة إلى الوزن: على الرغم من وزنها المنخفض، فإن النوى لديها القدرة على تحمل الأحمال الثقيلة، سواء في القص أو الانضغاط.
• مقاومة التعب: تتمتع أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد بالقدرة على تحمل التحميل الدوري، وهو أمر مفيد في الطائرات وعناصر النقل تحت التحميل طويل الأجل.
• تحمّل التلف: على عكس المواد الأساسية الهشة، تتشوه أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد تشوهًا بلاستيكيًا مع الضربات عالية التأثير، مما ينتج عنه منطقة عازلة ضد الفشل بطريقة كارثية.

هذه هي الخصائص التي تجعلها مناسبة تماماً للتطبيقات الهيكلية وشبه الهيكلية في المنصات المدنية والعسكرية على حد سواء.

3. الاستقرار الحراري والكيميائي لأقراص العسل القائمة على الأراميد

تُظهر نوى أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد ثباتاً كيميائياً وحرارياً ممتازاً. وعادةً ما تعمل بشكل جيد في البيئات التي تصل درجة حرارتها إلى 180 درجة مئوية (356 درجة فهرنهايت) وتظهر ثباتاً واسع النطاق في درجات الحرارة. وعلاوةً على ذلك، فإن مقاومتها للتدهور الحراري تجعلها مناسبة للتركيبات الملتصقة المعالجة بدرجات حرارة عالية.

ومن الناحية الكيميائية، فهي مقاومة للرطوبة والمذيبات والوقود والأحماض الخفيفة. هذه السمة مفيدة بشكل خاص في تطبيقات الخدمة البحرية والرطبة. ثانيًا، لا يمكن التشكيك في أدائها في مكافحة الحرائق - فهي تفي بمتطلبات FAR 25.853 فيما يتعلق باللهب والدخان والسمية في الأجزاء الداخلية للطائرات.

4. المقارنة مع مواد قرص العسل الأخرى

عندما يوازن المهندسون بين مواد قرص العسل والوزن والقوة والمتانة ومقاومة التآكل والتكلفة عند اختيارهم. هذا هو المكان الذي تقاس فيه أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد:

• مقابل قرص العسل المصنوع من الألومنيوم: في حين أن الألومنيوم أكثر صلابة وقوة مع ارتفاع درجة الحرارة، فإن أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد أخف وزنًا ومقاومة للتآكل وأكثر عرضة لاحتياجات FST (اللهب والدخان والسمية).
• مقابل اللدائن الحرارية: قد تكون أقراص العسل المصنوعة من اللدائن الحرارية أقل عرضة للتكلفة وقابلة لإعادة التدوير، ولكنها عادةً ما تفتقر إلى قوة ميكانيكية أكبر وتحتاج إلى ثبات حراري أقل مقارنةً بالأنوية القائمة على الأراميد.
• مقابل أقراص العسل المصنوعة من الكربون/كيفلر: تعتبر نوى الكربون والكيفلر أكثر قوة ولكنها أغلى بكثير، مما يجعل البولياراميد حلاً وسطًا معقولاً من حيث التكلفة والأداء.

وتضع كل هذه المقارنات قرص العسل المصنوع من البولياراميد كمادة قابلة للتطبيق على نطاق واسع في مختلف الصناعات. لمزيد من منتجات قرص العسل، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الشكل 2 قرص العسل المصنوع من الألومنيوم

5. التخميد الصوتي والاهتزاز في ألواح البولياراميد

الميزة الثانية المهمة هي القدرة على امتصاص الاهتزازات الصوتية والميكانيكية لقرص العسل متعدد الأراميد. حيث تمتص هذه المادة الطاقة الاهتزازية وتعمل كحاجز صوتي، وذلك باعتبارها قلبًا للألواح العازلة. في صناعات النقل - كبائن الطائرات، وعربات القطارات، والمقصورات الداخلية للسيارات - يعمل تقليل الضوضاء على تحسين الراحة ورضا العملاء.

6. تطبيقات نوى قرص العسل من البولياراميد

هياكل ساندويتش الفضاء الجوي

تُستخدم أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد على نطاق واسع في التصميمات الداخلية للطائرات مثل ألواح الأرضية والجدران الجانبية والأسقف ومقصورات الأمتعة والفواصل. يتم تحسين كل من الأداء والسلامة من خلال مقاومتها للهب وانخفاض انبعاث الدخان وخصائص ميكانيكية أفضل. كما تسهل هذه المواد أيضاً توفير الوزن في الطائرات مما يفيد كفاءة استهلاك الوقود وسعة الحمولة مباشرةً.

الأجزاء الداخلية للسيارات

تُستخدم أقراص الأراميد العسلية في السيارات كمواد أساسية لألواح الأبواب وأغطية صندوق الأمتعة والبطانات الأمامية. وهي تساعد في الوفاء بمعايير الاقتصاد في استهلاك الوقود من خلال تقليل الوزن في السيارة ولكن دون المساس بمتطلبات القابلية للاشتعال في المقصورة الداخلية. كما تضمن القدرة على امتصاص الطاقة سلامة الركاب في حالة وقوع حادث.

الألواح البحرية وألواح السكك الحديدية

في الاستخدام البحري، تُعد مقاومة التآكل التي يتميز بها قرص العسل المصنوع من البولياراميد ميزة ممتازة. ويُستخدم في الأجزاء الداخلية للسفن، والحواجز، وبناء السطح. وفي تطبيقات السكك الحديدية، يساعد المصنعين على تلبية أهداف الوزن ومتطلبات الحماية الصارمة من الحرائق، خاصةً في القطارات عالية السرعة واستخدام مترو الأنفاق.

الدفاع وامتصاص الطاقة

تُستخدم أقراص العسل المصنوعة من البولياراميد في أنظمة الدروع وألواح الحماية من انفجارات المركبات والملاجئ القابلة للنشر حيث يكون امتصاص الطاقة أمراً بالغ الأهمية. فهي خفيفة الوزن وتتميز بخفة وزنها وتشوهها الناتج عن الصدمات، مما يجعلها مثالية للهياكل التي تهدف إلى امتصاص وتبديد طاقة الانفجار أو الطاقة الباليستية.

هياكل الطائرات بدون طيار والطائرات بدون طيار

تتطلبالمركبات الجوية بدون طيار والطائرات بدون طيار هياكل قوية وخفيفة الوزن للغاية. تُستخدم نوى قرص العسل المصنوعة من البولياراميد في الأجنحة وأغلفة جسم الطائرة وأسطح التحكم لضمان التحمل المطلق للرحلة والقدرة على المناورة دون التضحية بسلامة الهيكل.

الخلاصة

من الفضاء الجوي إلى الدفاع، يلبي قرص العسل متعدد الأراميد المتطلبات التقنية - الميكانيكية والحرارية والصوتية - وهو مادة أساسية حيوية في الهندسة المركبة. ومع توفر تقنيات المعالجة الجديدة وأنظمة الراتنجات الجديدة، سيظل قرص العسل متعدد الأراميد ركيزة في الجيل القادم من الهياكل خفيفة الوزن.