杭州未来科技城,九月的初秋,无人机公司的降落测试场里无人机反复降落。
起落架工艺主管起落架站在冲击试验机旁,手里捏着一只永久变形的起落架减震垫,脸色铁青。他干了二十二年,从消费级无人机到工业级eVTOL,什么起落架减震没做过。可今天这批货,他自己都看不过去。
"无人机起落架减震垫降落硬邦邦(冲击吸收率只有30%,相机/云台震动大),降落十次就永久变形(恢复率40%,减震失效),户外三个月就老化开裂(耐候差),无人机公司退了五百套。"起落架把那只变形的减震垫递给小落,"无人机公司今天放话了,再解决不了吸能和恢复,明年起落架减震的订单给别家。他们要高吸能(冲击吸收率>80%,降落保护载荷)、可恢复(永久变形<10%,千次降落不失效)、轻量(<10g/个,不影响续航)、耐候(UV/-40到60度,户外2年)、耐磨(降落摩擦不破损)。"
小落接过那只减震垫,是普通EVA发泡(密度200kg/m³,邵氏C50,圆柱垫),已经被压扁(永久变形60%,不回弹),表面发黄开裂(UV老化),底部磨平(降落摩擦磨损)。她毕业四年,管无人机起落架减震垫材料选型和降落测试,这阵子天天跟冲击试验机和老化箱较劲。减震垫是普通EVA发泡(VA 18%,化学发泡AC,密度200kg/m³,邵氏C50,圆柱/锥形,胶粘在碳纤起落架上),在使用中:降落硬(冲击吸收率30%,70%冲击力传到机身,相机/云台震动大(画面模糊),精密载荷(测绘相机/激光雷达/植保药箱)受冲击损坏,要求>80%),永久变形(EVA发泡化学发泡泡孔大,降落冲击后泡孔被压瘪塌陷(不可逆),十次降落永久变形60%(恢复率40%),减震垫压扁后高度降低,起落架不平衡,减震失效,要求千次降落永久变形<10%),老化开裂(EVA含VA,UV下降解(VA断链),黄变变硬开裂,户外无人机(测绘/植保/巡检)三个月就老化,要求2年),不耐磨(EVA不耐磨,降落时底部与地面(水泥/草地/沙土)摩擦,一个月磨平(高度降低,减震失效),要求6个月以上),偏重(EVA密度200kg/m³,减震垫15g/个(4个=60g),要求<10g/个(4个=40g,减重20g,续航提升1%)),粘接差(普通EVA和碳纤起落架粘接差,降落冲击后脱落(减震垫飞出),要求粘接剥离>5N/cm)。
"这批用普通EVA发泡,化学发泡,密度200kg/m³,邵氏C50。"小落翻开检测报告,"吸能差,EVA发泡邵氏C50偏硬(起落架减震要求邵氏C30-40,软弹吸能),化学发泡泡孔大(100-300μm),泡孔壁厚不均,压缩回弹慢(永久变形30%),冲击吸收率30%(70%冲击力传到机身,1kg无人机从1米降落冲击力约500N,350N传到机身,相机/云台震动大(画面模糊,测绘精度下降),精密载荷受冲击可能损坏,要求冲击吸收率>80%(只传100N到机身)。永久变形,EVA化学发泡泡孔大壁厚不均,降落冲击(500N,压缩50%)后泡孔被压瘪塌陷(泡孔壁破裂,不可逆),十次降落永久变形60%(恢复率40%,减震垫从10mm高压扁到4mm,不回弹),高度降低后起落架不平衡(某个减震垫扁了,无人机倾斜),减震失效,要求千次降落永久变形<10%(恢复率>90%)。老化开裂,EVA含VA(醋酸乙烯酯),UV下VA基团降解(断链,释放醋酸),同时聚烯烃UV氧化,黄变(ΔE 10)变硬(邵氏C50→C70)开裂,户外无人机三个月就老化(要求2年,差8倍)。"
起落架揉了揉眉心。他太清楚无人机起落架减震垫的门道了。消费级/工业级/测绘/植保/eVTOL无人机的起落架减震垫(圆柱/锥形/板状,安装在起落架末端,降落时吸收冲击,保护机身/相机/云台/精密载荷),要:高吸能(冲击吸收率>80%,降落软,保护载荷,相机不抖)、可恢复(永久变形<10%,千次降落不扁,减震稳定)、轻量(<10g/个,密度<150kg/m³,不影响续航)、耐候(UV/臭氧/-40到60度,户外2年不黄变不开裂)、耐磨(降落摩擦6个月不磨平,保持高度)、粘接牢固(碳纤/铝起落架剥离>5N/cm,降落不脱落)、耐弯折(起落架变形时减震垫不开裂)、可回收。普通EVA发泡:吸能30%+永久变形60%+老化3个月+不耐磨+偏重+粘接差;普通橡胶(NBR/CR/EPDM):吸能好+可恢复+耐磨但偏重(密度1.2,实心垫20g)+不可回收+耐候一般(NBR);普通硅胶发泡:吸能好+耐候好+可恢复但不耐磨(5万次磨损)+强度低(撕裂差,降落划破)+不可回收+贵+偏重(1.1);普通TPU发泡:吸能好+可恢复+耐磨但耐候一般(芳香族黄变)+偏重(1.1)+贵;普通POE发泡:可恢复好+轻量(0.1)+耐候好(饱和)但不耐磨(POE不耐磨)+强度低(降落撕裂)+粘接差(非极性)。要同时满足吸能>80%+永久变形<10%+密度<150+2年耐候+耐磨+粘接,不是简单用发泡材料就行的(吸能恢复要软弹微发泡,软了不耐磨/强度低;耐候要饱和/氢化,EVA含VA不行;轻量要低密度发泡,低密度强度低/不耐磨;需要共混+发泡工艺兼顾)。
"高吸能可恢复闭孔微发泡+耐候耐磨粘接的POE超临界发泡/TPU/SEBS-TPE共混呢?"起落架问。
"试过,POE超临界发泡加TPU加SEBS,吸能是好了(70%),可还是不够80%,永久变形15%(还是超10%),耐候UV ΔE 5(还是超3),耐磨一般(3个月磨平),粘接3N/cm(还是超5N/cm)。"小落摇头,"吸能、恢复、耐候、耐磨、粘接五个性能互相冲突。上个月科隆新材的技术经理来过,留了个85%高吸能+永久变形5%+密度120超轻+2年耐候+耐磨+粘接牢固的POE超临界发泡/脂肪族TPU/SEBS-TPE共混改性减震垫方案,说是POE超临界CO2闭孔微发泡(高吸能可恢复,密度120)+脂肪族TPU(耐磨耐弯折,不黄变)+SEBS-TPE(耐候高弹,氢化)+纳米填料增强耐磨+MAH接枝(粘接碳纤/铝>8N/cm)+精确发泡工艺(泡孔<10μm,均匀),我当时忙着处理退货,没顾上。"
"打样!"起落架把那只变形老化的减震垫扔进废料盒,"三天出结果,冲击吸收率、永久变形(千次降落)、密度/重量、耐候(UV/高低温)、耐磨、粘接剥离全测。"
小落在实验室泡了整整三天。
她先把科隆寄来的粒子用超临界CO2微发泡注塑做成起落架减震垫(锥形,密度120kg/m³,邵氏C35,8g/个,MAH接枝,表面耐磨层),先测吸能和恢复。
冲击吸收率,落锤冲击(模拟1kg无人机1米降落,500N冲击),测传递到机身的力。
普通EVA发泡,吸收率30%(传递350N)——失效(要求>80%)。
普通硅胶发泡,吸收率65%(传递175N)——较好但不够。
科隆改性POE超临界闭孔微发泡,吸收率85%(传递75N)——远高于>80%要求。
"POE超临界CO2闭孔微发泡是高吸能的核心。"小落记在本子上,声音都亮了,"POE(乙烯-辛烯共聚物,辛烯25%,超柔高弹,Tg<-50度,低温柔软,弹性恢复极好)超临界CO2物理发泡(密度120kg/m³,泡孔<10μm,闭孔率>95%,泡孔均匀细密,超临界发泡泡孔小而均匀,泡孔壁有弹性,压缩时泡孔变形吸收能量,卸载后泡孔弹性恢复,不像化学发泡泡孔壁薄易破裂塌陷)+SEBS-TPE(高弹,提高弹性恢复)15份+脂肪族TPU(提高强度和耐磨,不影响发泡因为量少)10份,三重软弹吸能,邵氏C35(软弹,真人鞋底硬度),500N冲击吸收率85%(普通EVA 30%,提高183%,远高于>80%要求,只传递75N到机身,相机/云台不抖,精密载荷(测绘相机/激光雷达)安全),降落软(用户反馈'像踩在海绵上')。普通EVA发泡:化学发泡泡孔大壁厚不均,偏硬(C50),压缩回弹慢,冲击吸收率30%,70%力传机身,相机抖画面糊。"
永久变形,千次降落模拟(500N冲击,1Hz,1000次),测高度变化和恢复率。
普通EVA发泡,10次永久变形60%(恢复率40%)——失效。
普通硅胶发泡,1000次永久变形12%(恢复率88%)——还是超10%。
科隆改性(POE超临界微发泡+SEBS高弹+TPU强度),1000次永久变形5%(恢复率95%)——远低于<10%要求。
"POE超临界闭孔微发泡+SEBS高弹是可恢复的核心。"小落解释,"POE超临界CO2闭孔微发泡(泡孔<10μm,闭孔率>95%,泡孔壁薄而有弹性(POE本身弹性好),大变形后泡孔弹性恢复(不像化学发泡泡孔壁薄易破裂塌陷,闭孔结构不连通,压缩时空气被压缩提供恢复力,卸载后空气膨胀+泡孔壁弹性共同恢复)+SEBS-TPE(聚苯乙烯硬段物理交联+乙烯-丁烯软段,弹性恢复极好,永久变形<5%)15份+脂肪族TPU(提供强度,防止泡孔壁过度变形破裂)10份,三重可恢复,1000次降落(500N冲击)永久变形5%(普通EVA 10次60%,普通硅胶1000次12%,远低于<10%要求),恢复率95%,减震垫高度稳定(从10mm变9.5mm,几乎不变),起落架平衡,减震性能长期稳定,千次降落后仍吸能>80%。普通EVA发泡:化学发泡泡孔大壁厚不均,10次冲击泡孔破裂塌陷,永久变形60%,不回弹。"
最关键的耐候、轻量、耐磨、粘接测试在第三天下午。
耐候,UV 2000小时(户外2年)+-40到60度循环,测黄变/开裂/吸能保持。
普通EVA,UV 500h ΔE 10,变硬开裂——失效(3个月)。
普通TPU(芳香族),UV 1000h ΔE 8,黄变——还是超。
科隆改性(POE饱和+SEBS氢化+脂肪族TPU+高分子量UV助剂),UV 2000h ΔE 2,无开裂,吸能保持82%——户外2年通过。
"POE饱和+SEBS氢化+脂肪族TPU+高分子量UV助剂是2年耐候的核心。"小落分析,"POE(乙烯-辛烯,饱和主链,无双键无苯环,UV下极稳定)主体+SEBS-TPE(氢化,主链饱和,UV/臭氧稳定)15份+脂肪族TPU(HDI硬段,无苯环,UV不黄变)10份+高分子量受阻胺HALS(分子量>3000,不迁移,长期捕获自由基)+紫外线吸收剂UVA,四重耐候,UV 2000小时(户外2年)ΔE 2(普通EVA 500h ΔE 10,普通芳香族TPU 1000h ΔE 8,远低于<3要求),无开裂,-40到60度循环吸能保持82%(高低温性能稳定,高空低温-40度,沙漠高温60度),户外2年不黄变不开裂不失效。普通EVA:含VA+聚烯烃,UV下降解氧化,500h ΔE 10黄变变硬开裂,3个月。"
轻量、耐磨、粘接也测了。
轻量,POE超临界发泡密度120kg/m³(普通EVA 200,轻40%),减震垫8g/个(普通15g,<10g要求,4个=32g,比普通60g轻28g,续航提升1.5%)。
耐磨,表面脂肪族TPU耐磨层(0.5mm,共注塑,底部与地面接触层)+纳米二氧化硅,DIN磨损25mm³(普通EVA 150mm³,耐磨提高6倍),降落摩擦6个月不磨平(高度保持>95%)。
粘接,MAH接枝(POE-g-MAH+SEBS-g-MAH,和碳纤/铝极性基团化学键合),碳纤起落架粘接剥离8N/cm(普通EVA 2N/cm,>5N/cm要求),千次降落不脱落。
耐弯折,起落架变形时减震垫随动弯折(半径5mm),50万次无开裂(普通EVA 5万次)。
可回收,热塑性(POE/TPU/SEBS都是热塑性,可回收造粒),无卤无邻苯。
第四天早上,小落把报告放在起落架桌上。
起落架翻着报告,越翻越兴奋。
冲击吸收率85%(普通EVA 30%,>80%要求);1000次降落永久变形5%(普通EVA 10次60%,<10%要求);UV 2000h ΔE 2无开裂,吸能保持82%(普通EVA 500h ΔE 10,户外2年);密度120,8g/个(普通200/15g,<150/<10g要求,续航+1.5%);底部TPU耐磨层DIN 25mm³(普通EVA 150,6个月不磨平);碳纤粘接剥离8N/cm(普通2N/cm,>5要求,千次不脱落);弯折50万次无开裂;可回收。
"成本呢?"起落架问。
"比普通EVA贵180%,但比进口起落架减震料(德国BASF/美国Dow/日本东丽特种牌号)便宜50%。"小落早算过了,"每个减震垫材料成本增加2元。可客诉率从40%降到0.5%,每十万个少客诉3.95万个,一个客诉成本15元(含减震垫更换+起落架维修+载荷损坏+品牌损失),一年节约59.25万。而且85%吸能+5%永久变形+2年耐候+8g超轻是起落架减震的核心卖点,无人机公司愿意加价60%。超临界发泡注塑效率高(周期20秒),废品率从28%降到3%,生产成本反而降了。"
起落架拿起一只科隆料做的减震垫,500N冲击下吸收率85%(只传75N),手按上去软弹——普通EVA的硬邦邦,吸收率30%。他又模拟千次降落,永久变形只有5%,几乎不扁——普通EVA 10次就扁60%。UV 2000小时后ΔE 2,不黄不裂——普通EVA 500小时就黄变开裂。
"寄给无人机公司实测。"起落架把减震垫递给小落,"吸能数据、恢复数据、耐候数据、轻量数据,一起发。让他们做实际降落测试和户外长期测试。"
两周后,无人机公司的测试报告回来了。
降落测试(1kg无人机1米降落,1000次),冲击吸收率83%(相机/云台无震动,画面清晰,测绘精度提升15%),永久变形4.5%(高度稳定,起落架平衡);户外测试(6个月,暴晒+雨淋+高低温),ΔE 1.8,无开裂,吸能保持80%;重量8.2g/个(4个=32.8g,比普通轻27g,实测续航提升1.3%,载重提升150g);底部耐磨(水泥/草地/沙土降落,6个月)磨损0.03mm(高度保持97%);碳纤粘接剥离7.5N/cm(1000次降落无脱落);弯折测试(起落架变形50万次)无开裂;可回收(符合客户环保要求)。无人机公司的技术总监专门打电话来:"起落架,这批减震垫可以,年供五万个,工业无人机和测绘无人机全用你们的。另外——"他顿了顿,"植保无人机起落架、eVTOL起落架减震、消费级无人机减震、物流无人机缓冲、无人船减震,你们能不能也做?我们明年有新机型。"
起落架挂了电话,看向降落测试场方向。小落正把科隆的高吸能可恢复耐候轻量耐磨粘接POE超临界发泡/脂肪族TPU/SEBS-TPE粒子倒进超临界发泡注塑机料斗,准备打eVTOL起落架减震的样。
"做了二十二年无人机起落架减震,降落硬和永久变形老化是两大噩梦。"起落架喃喃自语,"减震垫降落硬邦邦相机抖,十次就扁,户外三个月老化,无人机维修成本高。以为EVA发泡就能做起落架减震,以为吸能就是软,以为恢复就是弹——搞不清楚这些,丢标载荷损坏是迟早的事。"
小落回头笑了笑,手里举着一只刚超临界发泡出来的起落架减震垫,泡孔细密闭孔,软弹有韧性。
"现在搞清楚了。"她说,"POE超临界闭孔微发泡+SEBS高弹+脂肪族TPU耐磨,85%吸能5%变形2年耐候8g超轻材料选对,降千次都不硬不扁不老不重。"
写在最后
无人机起落架减震垫看着就是块发泡垫,可它是无人机降落的"安全气囊+减震器"。消费级/工业级/测绘/植保/eVTOL无人机的起落架减震垫,要高吸能(冲击吸收率>80%,降落软保护相机/精密载荷)、可恢复(永久变形<10%,千次降落不扁减震稳定)、轻量(<10g/个,密度<150,提升续航)、耐候(UV/-40到60度,户外2年不黄变不开裂)、耐磨(降落摩擦6个月不磨平)、粘接牢固(碳纤/铝剥离>5N/cm不脱落)、耐弯折、可回收。普通EVA发泡就是做不到——化学发泡泡孔大偏硬,冲击吸收率30%(70%力传机身,相机抖);泡孔壁薄易塌陷,10次降落永久变形60%(不回弹减震失效);含VA+聚烯烃UV降解,500h ΔE 10黄变开裂(3个月);不耐磨,1个月磨平;密度200,15g/个偏重;碳纤粘接2N/cm易脱落。普通橡胶吸能恢复耐磨但重(20g)+不可回收+耐候一般,普通硅胶发泡吸能耐候但不耐磨+强度低+不可回收+贵,普通TPU发泡吸能恢复耐磨但芳香族黄变+重+贵,普通POE发泡恢复轻量耐候但不耐磨+强度低+粘接差。
科隆新材的85%高吸能+5%永久变形+密度120超轻+2年耐候+耐磨粘接改性POE超临界发泡/脂肪族TPU/SEBS-TPE共混,POE超临界CO2闭孔微发泡主体(密度120,泡孔<10μm,闭孔>95%,高吸能可恢复)+SEBS-TPE 15份(氢化高弹耐候,提恢复)+脂肪族TPU 10份(HDI+PTMEG,耐磨耐弯折不黄变提强度)+纳米二氧化硅增强耐磨+MAH接枝(碳纤/铝化学键合,剥离8N/cm)+底部TPU耐磨共注塑层+高分子量HALS+UVA;POE超临界闭孔微发泡+软弹,500N冲击吸收率85%(普通EVA 30%,>80%);闭孔弹性+SEBS高弹+TPU强度,1000次降落永久变形5%(普通EVA 10次60%,<10%);POE饱和+SEBS氢化+脂肪族+UV助剂,UV 2000h ΔE 2无开裂吸能82%(普通EVA 500h ΔE 10,户外2年);超临界发泡密度120,8g/个(普通200/15g,<10g,续航+1.5%);底部TPU耐磨层+纳米,DIN 25mm³(普通EVA 150,6个月不磨平);MAH接枝碳纤剥离8N/cm(普通2N/cm,>5);弯折50万次无开裂;热塑性可回收;成本是进口特种减震料的50%。
起落架减震垫不是普通发泡垫,是无人机降落的安全气囊+减震器。硬了扁了老了重了脱了,无人机就震坏了。材料选对了,降千次都不硬不扁不老不重。
互动话题:你关注无人机/低空飞行器吗?起落架减震垫你最看重什么(降落吸能/反复使用不扁/户外耐候/轻量续航/耐磨/粘接牢固/耐弯折/价格)?评论区聊聊,起落架和小落们帮你出出主意。