Влияние криогенных температур на пластмассовые материалы

Криогенные температуры и высокоэффективные пластмассы

Криогеника - это изучение производства и поведения материалов при очень низких температурах. Температура в криогенной среде ниже -150 ° C. Многие современные отрасли промышленности используют криогенику в самых разных областях. Некоторые из этих приложений включают криогенное топливо, аппаратное обеспечение космических кораблей, а также оборудование для медицины и биологии. Приложения включают в себя морозильники и магнитно-резонансную томографию (МРТ), ускорители частиц и сверхпроводящие магниты. Компания Curbell Plastics® недавно опубликовала технический документ доктора Кейта Хектеля о влиянии криогенных температур на некоторые распространенные высокоэффективные пластмассы. В этой статье кратко изложены некоторые из основных положений технического документа.

1. Механические свойства

Вообще говоря, все материалы демонстрируют большую твердость и жесткость при воздействии криогенных температур. Например, модуль сжатия ПТФЭ увеличивается со 100 до 900 фунтов на квадратный дюйм при охлаждении от комнатной температуры до 20 ° K (-424 ° F). Однако материалы при криогенных температурах становятся более хрупкими и имеют более низкую ударную вязкость по Изоду и относительное удлинение при растяжении. Относительное удлинение при растяжении описывает, насколько материал будет изгибаться под давлением перед разрывом. Пластмассы уже более склонны к растрескиванию, чем многие металлы. Поэтому необходимо соблюдать особые меры предосторожности при использовании пластмасс в конструкции для криогенной среды, подверженной сильному давлению или ударам.

2. Тепловые свойства

При разработке пластиковых компонентов для криогенного применения важно учитывать высокий КТР или коэффициент теплового расширения пластмасс. По сути, пластмассы имеют тенденцию к усадке больше, чем другие материалы, при охлаждении и больше расширяются при нагревании. Например, когда материалы охлаждают от комнатной температуры почти до 0 ° K, ПТФЭ сжимается на 2,2%, а алюминий сжимается менее чем на 0,5%. Эта усадка может вызвать серьезные проблемы в тех случаях, когда металлические и пластиковые компоненты должны оставаться в тесном контакте. Hechtel также отмечает, что углеродные и стеклянные волокна могут быть использованы для уменьшения этой усадки.

3. Трение и износ

Криогенная обработка или закалка используются с 1960-х годов для повышения износостойкости стали. Те же основные принципы применимы и к пластику. Как правило, чем тверже материал, тем меньше трение и износ. Hechtel использует пример спортивной обуви в сравнении с классической обувью - спортивная обувь имеет более мягкую подошву и создает большее трение о землю. Пластмассы становятся тверже при понижении температуры и, следовательно, имеют меньшее трение. Например, пластмассовые подшипники обладают дополнительным преимуществом, демонстрируя хорошую износостойкость даже без смазки. Это свойство особенно важно при криогенных температурах. Многие масла и другие смазочные материалы могут работать менее эффективно при таких очень низких температурах.

Для получения дополнительной информации и большого количества иллюстративных диаграмм ознакомьтесь с исходным техническим описанием.

Работаете ли вы в своей отрасли с криогенными средами? Расскажите мне об этом в разделе комментариев ниже.

Ищете пластмассы с более высокими эксплуатационными характеристиками? Загрузите наше бесплатное руководство!