При криогенных температурах происходит охрупчивание материалов, поэтому обычные углеродистые стали, стандартные инженерные термопласты не подходят. С одной стороны, в этих условиях материалы становятся жестче, тверже, повышается прочность. С другой стороны, существенно снижаются свойства пластичности, снижается ударная вязкость, а предел прочности и предел текучести повышаются.
Пластичность материалов в диапазоне криогенных температур крайне важна для предотвращения разрушения материалов при многократных циклах охлаждения и отогрева. В условиях эксплуатации, где давление высоко, снижение пластичности оказывает негативное влияние на материалы, существенно снижая ресурс их работы.
Кроме этого, различное температурное расширение материалов, работающих в паре (к примеру, подшипник, состоящий из 2–3 различных материалов или узел уплотнения, имеющий седло и непосредственно уплотняющий элемент) выводит узел из строя из-за изменения размеров, нарушает герметичность.
В целом всё, включая смазки, меняет свои характеристики в криогенных условиях эксплуатации и делает обычные конструкции и узлы сложными и критическими. Высокие требования к стабильности, не зависящей от температуры и уровня напряжения, являются обязательными для «криогенных материалов».
Основные требования
- Стабильность свойств и размеров в широком диапазоне температур.
- Высокие механические характеристики (прочность, текучесть, ударная вязкость).
- Высокая пластичность.
- Низкая теплопроводность.
- Стойкость к износу.
- Свойства самосмазывания для пар трения.
Криогенные пластики
PI — самый широкий диапазон температур — от -270 до +350 °C и наилучшее сочетание механических и физических характеристик в диапазоне от -150 до -270 °C.
PAI — прочность при изгибе равна 282 МПа при -196 °C и превосходная стойкость к износу в этих условиях делает полиамид-имид наиболее подходящим для изготовления уплотнений, включая динамические, а так же нагруженных подшипников.
PEEK CT-200 — специальная версия полиэфирэфиркетона для криогенных температур до -200 °C. По прочностным характеристикам при криогенных температурах уступает только PI и PAI. Выступает прекрасной альтернативой PCTFE и PTFE. Способен выдерживать высокие механические нагрузки в критических условиях. В дополнение обладает улучшенной стойкостью к износу в сравнении с фторопластами, базовой маркой PEEK и PEEK СТ-100. Очень часто PEEK СТ-200 выигрывает в сравнении с PI, PAI благодаря существенно меньшей стоимости.
PCTFE — обеспечивает высокую герметичность и обладает самой низкой газопроницаемостью.
PTFE — диапазон возможных температур применения от -260 до +260 °C. Однако с понижением температуры фторопласт-4 становится крайне жестким, твердым и теряет свои эластичные свойства. Это делает его крайне неудобным в узлах, требующих высокую степень герметичности (к примеру, при изготовлении уплотнений).
PE-UHMW — самый дешевый и доступный термопласт для криогенных температур. Может применяться для ненагруженных условий. Чаще всего используется в качестве защитного материала для футеровки емкостей.
