극저온이 플라스틱 재료에 미치는 영향

극저온 및 고성능 플라스틱

극저온은 매우 낮은 온도에서 재료의 생산과 거동에 대한 연구입니다. 극저온 환경은 -150°C 미만의 온도를 나타냅니다. 많은 현대 산업에서 다양한 응용 분야에서 극저온을 사용합니다. 이러한 응용 프로그램 중 일부에는 극저온 연료, 우주선 하드웨어, 의료 및 생명 과학용 기계가 포함됩니다. 응용 프로그램에는 냉동고 및 자기 공명 영상(MRI), 입자 가속기 및 초전도 자석이 포함됩니다. Curbell Plastics®는 최근 몇 가지 일반적인 고성능 플라스틱에 대한 극저온의 영향에 대한 Keith Hechtel 박사의 백서를 발표했습니다. 이 기사는 백서의 주요 내용을 간략하게 요약합니다.

기계적 특성

일반적으로 모든 재료는 극저온에 노출될 때 더 큰 경도와 강성을 나타냅니다. 예를 들어, PTFE의 압축 계수는 실온에서 20°K(-424°F)로 냉각될 때 100kpsi에서 900kpsi로 증가합니다. 그러나 극저온의 재료는 더 부서지기 쉽고 아이조드 충격 강도와 인장 연신율이 더 낮습니다. 인장 신율은 재료가 스냅되기 전에 압력 하에서 얼마나 구부러지는지를 나타냅니다. 플라스틱은 이미 많은 금속보다 부러지기 쉽습니다. 따라서 높은 압력이나 충격을 받는 극저온 환경을 위한 설계에서 플라스틱을 사용할 때는 특별한 예방 조치를 취해야 합니다.

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열적 특성

극저온 적용을 위한 플라스틱 구성 요소를 설계할 때 플라스틱의 높은 CTE 또는 열팽창 계수를 고려하는 것이 중요합니다. 기본적으로 플라스틱은 냉각될 때 다른 재료보다 더 많이 수축되고 가열될 때 더 많이 팽창하는 경향이 있습니다. 예를 들어, 재료가 실온에서 거의 0°K로 냉각될 때 PTFE는 2.2% 수축하는 반면 알루미늄은 0.5% 미만으로 수축합니다. 이러한 수축은 금속 및 플라스틱 구성 요소가 밀접하게 접촉해야 하는 응용 분야에서 실제 문제를 일으킬 수 있습니다. Hechtel은 또한 탄소 및 유리 섬유를 사용하여 이러한 수축 문제를 완화할 수 있다고 지적합니다.

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마찰 및 마모

강철의 내마모성을 높이기 위해 1960년대부터 극저온 처리 또는 경화가 사용되었습니다. 플라스틱에도 동일한 기본 원칙이 적용됩니다. 일반적으로 재료가 단단할수록 마찰과 마모가 낮아집니다. Hechtel은 운동화 대 드레스 신발의 예를 사용합니다. 운동화는 밑창이 더 부드럽고 지면에 더 많은 마찰을 생성합니다. 플라스틱은 온도가 떨어지면 더 단단해지기 때문에 마찰이 적습니다. 예를 들어, 플라스틱 베어링은 윤활 없이도 우수한 내마모성을 나타내는 추가 이점이 있습니다. 이 속성은 극저온에서 특히 중요합니다. 많은 오일 및 기타 윤활유는 이러한 매우 낮은 온도에서 덜 효과적으로 작동할 수 있습니다.

자세한 정보와 다양한 예시 차트는 원본 백서를 확인하세요.

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