评估热塑性聚合物在低温密封应用中的潜力：应变速率与温度效应
材料科学
2024-06-04 v1 应用物理
摘要
液氢和液化天然气等低温燃料作为多功能且可持续的能源载体，正在革新航空、汽车、船舶和发电等各行业。热塑性聚合物是低温燃料系统中金属密封件的合适替代品。然而，关于热塑性材料在低温下的行为已有有限研究，尤其是以20开尔文（K）为液氢温度。本文测量了三种流行热塑性材料（PTFE、PEEK和UHMWPE）在室温（RT）、77 K和20 K以及四个应变速率下的拉伸性能和热膨胀系数。还进行了微观分析，以了解在结合降低温度和变化应变速率时发生的失效机制。每个聚合物的拉伸强度从RT增加到77 K，然后从77 K降低到20 K。弹性模量倾向于增加，当温度从RT降低到20 K时，失效时记录的应变减小。在对PEEK和UHMWPE的微观观察中，温度从77 K降低到20 K的结果是更大的瞬时断裂，断裂区域包含许多小型镜面状和不透明或雾状亚区域。对于PTFE，表面形貌对应变速率的增加在低温下表现出不敏感性，显微镜显示，断裂界面中凹陷的尺寸在温度从77 K降低到20 K时变小。最后发现PEEK在20 K时的收缩幅度远小于PTFE和UHMWPE，这与其作为三种聚合物中最高玻璃转化温度的事实相符，这通常是确定哪些聚合物倾向于在低温下表现出较小收缩的良好指示器。
引用
@article{arxiv.2406.01165,
title = {Evaluating the potential of thermoplastic polymers for cryogenic sealing applications: strain rate and temperature effects},
author = {Zhenzhou Wang and Wendell Bailey and Junyao Song and Lingfeng Huang and Yifeng Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.01165},
year = {2024}
}