O efeito das temperaturas criogênicas em materiais plásticos

Temperaturas criogênicas e plásticos de alto desempenho

Criogenia é o estudo da produção e do comportamento de materiais em temperaturas muito baixas. Um ambiente criogênico exibe temperaturas abaixo de -150 ° C. Muitas indústrias modernas usam criogenia em uma ampla variedade de aplicações. Algumas dessas aplicações incluem combustíveis criogênicos, hardware de naves espaciais, bem como máquinas para ciências médicas e biociências. As aplicações incluem freezers e imagem por ressonância magnética (MRI), aceleradores de partículas e ímãs supercondutores. A Curbell Plastics® publicou recentemente um artigo do Dr. Keith Hechtel sobre o efeito das temperaturas criogênicas em alguns plásticos comuns de alto desempenho. Este artigo irá resumir brevemente alguns dos principais pontos do white paper.

1. Propriedades mecânicas

De modo geral, todos os materiais apresentam maior dureza e rigidez quando expostos a temperaturas criogênicas. Por exemplo, o módulo de compressão de PTFE aumenta de 100 kpsi a 900 kpsi quando resfriado da temperatura ambiente a 20 ° K (-424 ° F). No entanto, os materiais em temperaturas criogênicas tornam-se mais frágeis e têm menor resistência ao impacto Izod e alongamento à tração. O alongamento de tração descreve até que ponto um material se dobrará sob pressão antes de se romper. Os plásticos já são mais propensos a quebrar do que muitos metais. Portanto, devem ser tomadas precauções especiais ao usar plásticos em um design para um ambiente criogênico que está sujeito a uma grande quantidade de pressão ou impacto.

2. Propriedades térmicas

É importante considerar o alto CTE ou coeficiente de expansão térmica dos plásticos ao projetar componentes plásticos para uma aplicação criogênica. Basicamente, os plásticos tendem a encolher mais do que outros materiais quando resfriados e expandir mais quando aquecidos. Por exemplo, quando os materiais são resfriados da temperatura ambiente a quase 0 ° K, o PTFE se contrai 2,2%, enquanto o alumínio se contrai menos de 0,5%. Este encolhimento pode causar problemas reais em aplicações onde componentes de metal e plástico devem permanecer em contato próximo. Hechtel também destaca que as fibras de carbono e de vidro podem ser usadas para mitigar esse problema de encolhimento.

3. Atrito e desgaste

O processamento criogênico ou endurecimento tem sido usado desde 1960 para aumentar a resistência ao desgaste do aço. Os mesmos princípios básicos também se aplicam aos plásticos. De modo geral, quanto mais duro for o material, menor será o atrito e o desgaste. Hechtel usa o exemplo de um tênis esportivo versus um sapato social - o tênis esportivo tem uma sola mais macia e cria mais fricção contra o solo. Os plásticos tornam-se mais duros à medida que as temperaturas caem e, portanto, apresentam menos atrito. Os rolamentos de plástico, por exemplo, têm o benefício adicional de apresentar boa resistência ao desgaste, mesmo sem lubrificação. Esta propriedade é especialmente importante em temperaturas criogênicas. Muitos óleos e outros lubrificantes podem ter um desempenho menos eficaz nessas temperaturas muito baixas.

Para obter mais informações e uma grande variedade de gráficos ilustrativos, verifique o artigo original.

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