Tworzywa sztuczne do zastosowania w ekstremalnych temperaturach

Postępy w technologii polimerów rozszerzyły  zakres temperatur roboczych tworzyw sztucznych, dzięki czemu mogą one teraz działać w warunkach cieplejszych i zimniejszych niż kiedykolwiek wcześniej.

W tym wpisie przedstawię Ci skrajnie trudne zastosowania tworzyw sztucznych oraz zwrócę Twoją uwagę na właściwości przydatne w tych aplikacjach.

Właściwości tworzyw sztucznych przydatne do ekstremalnych zastosowań

Czynnikiem, na który patrzymy w pierwszej kolejności podczas wyboru tworzywa do naszej aplikacji są jego właściwości.

Poniżej przedstawiam listę cech, które korzystnie wpływają na pracę tworzywa w warunkach temperaturowych skrajnie trudnych:

• Niska lub wysoka przewodność cieplna,
• Niskie współczynniki rozszerzalności cieplnej,
• Doskonałe właściwości zużycia,
• Dobre właściwości uszczelniające,
• Długotrwała stabilność termiczna,
• Odporność na pełzanie,
• Zdolność do zachowania swoich właściwości mechanicznych w bardzo niskich i bardzo wysokich temperaturach,
• Odporność na gorącą wodę i parę,

Tworzywa sztuczne do zastosowań w wysokich temperaturach

Wybór tworzywa sztucznego do użytku w środowisku o wysokiej temperaturze wymaga starannego przeglądu  danych dotyczących właściwości materiału . Oto niektóre z konkretnych czynników, które należy wziąć pod uwagę:

• Wytrzymałość i moduł – tworzywa sztuczne miękną (tracą wytrzymałość i moduł) w podwyższonych temperaturach. Ważne jest, aby ocenić właściwości mechaniczne rozważanych materiałów w dolnej i górnej części zakresu temperatur roboczych.
• Rozszerzalność cieplna – tworzywa sztuczne mają zwykle znacznie wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej w porównaniu z metalami. Należy dokładnie sprawdzić współczynnik rozszerzalności cieplnej, aby upewnić się, że niedopasowanie między częściami z tworzywa sztucznego i współpracującymi częściami metalowymi nie spowoduje nieprawidłowego działania urządzenia z powodu zmian wymiarów.
• Odkształcenie pełzania i relaksacja naprężeń – tworzywa sztuczne wykazują zwiększone odkształcenie pełzania i relaksację naprężeń w podwyższonych temperaturach. Czynniki te należy dokładnie rozważyć podczas procesu projektowania.
• Degradacja – tworzywa sztuczne mogą ulegać degradacji przez długi czas w środowiskach o wysokiej temperaturze, zwłaszcza w obecności tlenu. Przy wyborze polimerów do stosowania w środowiskach o podwyższonej temperaturze należy przeanalizować krzywe degradacji termicznej.

Tworzywa sztuczne do szerokiego zakresu temperatur roboczych

Samoloty, statki kosmiczne i inne urządzenia muszą działać w szerokim zakresie temperatur roboczych, od bardzo niskich do bardzo wysokich temperatur. Gdy tworzywa sztuczne mają być używane w takich warunkach, projektanci muszą uważać, aby wybrać materiały, które będą niezawodnie działać w wymaganym zakresie temperatur. 

Na przykład szybkość rozszerzalności cieplnej niektórych tworzyw sztucznych, takich jak PTFE, będzie się znacznie różnić w zależności od temperatury. To komplikuje projekt, gdy część z tworzywa sztucznego musi działać w bezpośrednim kontakcie z współpracującymi elementami metalowymi. 

Oprócz współczynników rozszerzalności cieplnej nasi eksperci techniczni mogą pomóc w przeglądzie różnych kwestii związanych z używaniem tworzyw sztucznych w szerokim zakresie temperatur. Na przykład:

• W niskich temperaturach tworzywa sztuczne stają się twardsze, sztywniejsze i bardziej kruche.
• W podwyższonej temperaturze tworzywa sztuczne stają się bardziej miękkie i plastyczne.
• Tworzywa sztuczne mają zwykle zmniejszoną  odporność chemiczną  w podwyższonych temperaturach.

Tworzywa sztuczne do zastosowań kriogenicznych

Kriogeniczne maszyny biotechnologiczne, sprzęt do lotów kosmicznych i sprzęt do fizyki niskich temperatur są czasami wymagane do działania w ekstremalnie niskich temperaturach.

Podczas projektowania elementów z tworzyw sztucznych do użytku w warunkach kriogenicznych ogólnie korzystne jest wybranie materiałów z tworzyw sztucznych, które wykazują ciągliwość w niskich temperaturach i mają niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. W przypadku zastosowań w niskich temperaturach, w których istotna jest wymiana ciepła, ważne jest również wybranie tworzywa sztucznego o odpowiedniej przewodności cieplnej. 

Tworzywa sztuczne zużywają się z różną szybkością (i za pośrednictwem różnych mechanizmów) w niskich temperaturach — więc jeśli jakieś zastosowanie wymaga, aby część z tworzywa sztucznego działała jako łożysko w warunkach kriogenicznych, ważne jest, aby wybrać materiał, który został zaprojektowany tak, aby zapewniał niskie tarcie i dobre zużycie właściwości w niskich temperaturach.

Skontaktuj się ze mną, aby poznać więcej szczegółów odnośnie najlepszych tworzyw sztucznych przeznaczonych do zastosowania w skrajnie trudnych warunkach. Chętnie odpowiem na Twoje pytania.