مادة الإيبوكسي G10-CR: مصممة خصيصًا لمعدات ومكونات الصناعة ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا

مادة الإيبوكسي G10-CR: مصممة خصيصًا لمعدات ومكونات الصناعة ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا

طبقة الإبوكسي المصنوعة من الألياف الزجاجية G10-CR هي نوع متخصص من مادة G10 القياسية، مصممة خصيصًا لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة جدًا. وبما أنها مصممة خصيصًا للبيئات شبه الصفرية، فهي ضرورية في المجالات المتقدمة مثل الموصلية الفائقة والاستكشاف في أعماق الفضاء.

كيف تحقق مادة G10-CR أداءً في درجات الحرارة المنخفضة جدًا؟

تنبع قدرة G10-CR على تحمل درجات حرارة منخفضة تصل إلى -270°م، القريبة من الصفر المطلق، من تحسين تركيبتها الكيميائية المخصصة، وبنيتها المركبة الطبقية الفريدة، وعملية التصنيع المتوافقة مع درجات الحرارة المنخفضة. ويُعد هذا النهج الشامل حلاً للمشاكل الشائعة مثل الهشاشة، والتشوه، وتدهور الأداء في المواد التقليدية تحت ظروف البرودة الشديدة.

1. تعديل نظام الراتنج للاستخدام في التبريد العميق جدًا

التمييز الرئيسي بين مادة G10-CR والمواد القياسية من نوع G10 يكمن في نظام الإيبوكسي الخاص الذي يعمل بدرجات الحرارة المنخفضة. فمادة G10-CR تعتمد على مصفوفة راتنج إيبوكسي صلبة مُحسّنة ومُحفَّزة بالأمين، تختلف عن راتنجات G10 التقليدية. قام المصنّع بتقليل معامل المرونة للراتنج بشكل متعمد من خلال هذا التصميم الصياغي، مما يقلل بشكل فعّال من هشاشة المادة عند درجات الحرارة المنخفضة. حتى عندما تنخفض درجات الحرارة إلى مستويات الهيليوم السائل، لا تزال المادة تُظهر هشاشة طفيفة فقط مع تشققات دقيقة، دون أن تتعرض لهشاشة هيكلية. وتُظهر الخصائص الميكانيكية انخفاضًا أقصاه 20%، وهو ما يتفوق بشكل كبير على معدلات الفشل للمواد الإيبوكسية العادية في البيئات شديدة البرودة. بالإضافة إلى ذلك، يحافظ هذا الراتنج على التصاق قوي بألياف الزجاج عند درجات الحرارة المنخفضة، ويمنع تشقق الوصلات الناتج عن البرودة الشديدة، ويضمن سلامة البنية الهيكلية.

2. استقرار هيكل الألياف الزجاجية المصفحة عند درجات الحرارة المنخفضة

هذا المادّة المركبة، التي تُصنف على أنها لوحة مصنوعة من قماش زجاجي/إيبوكسي مُصَفَّح، تُصنع من خلال معالجة حرارية وضغطية عالية لطبقات متعددة من ألياف زجاجية مشبعة بالراتنج. وتتميّز الألياف الزجاجية بطبيعتها باستقرارها الممتاز في درجات الحرارة المنخفضة، حيث تحافظ على سلامتها الهيكلية وأدائها دون تدهور كبير حتى في درجات الحرارة الفائقة الانخفاض، مما يوفّر دعماً أساسياً كهيكل أساسي. ويؤدي ترتيب الطبقات بشكل متراص توزيعاً فعالاً للإجهادات الحرارية الناتجة في البيئات الكريوجينية، ويمنع تكوّر الشقوق الناتجة عن تركيز الإجهادات. وتُظهر البيانات التجريبية أن هذا التصميم يحقق قوة قص تفوق القوة عند درجة حرارة الغرفة بمقدار 2.45 مرة عند 77 كلفن (مدى درجة حرارة النيتروجين السائل). وبشكل ملحوظ، تحافظ المادة على ما يقارب القوة القصية الكاملة حتى عند تبريدها إلى 4.2 كلفن (مدى درجة حرارة الهيليوم السائل)، ما يعوّض بشكل فعّال عن الفقد البسيط في الأداء الناتج عن تصلّب الراتنج في درجات الحرارة المنخفضة.

3. التوصيل الحراري المنخفض يقلل من أضرار الإجهاد الحراري عند درجات الحرارة المنخفضة

يتميز مادة G10-CR بتوصيل حراري لا يتجاوز 7.0×10^-4 كيلو كالوري/ثانية/سم²(°م/سم)، ما يجعلها عازلًا حراريًا استثنائيًا. في البيئات الكريوجينية، تقلل هذه الخاصية بشكل كبير من انتقال الحرارة من المصادر الخارجية إلى المعدات الكريوجينية، وفي الوقت نفسه تمنع التمدد والانكماش الحراري الشديد الناتج عن الفروق الكبيرة في درجات الحرارة. ومن خلال تقليل الأضرار الهيكلية الناتجة عن الإجهاد الحراري وتجنب الأضرار الناتجة عن التعب المتكرر بسبب دورات التسخين والتبريد، تحافظ المادة على أداء مستقر خلال التشغيل لفترات طويلة في درجات الحرارة المنخفضة.

4. امتصاص رطوبة منخفض لتجنب التدهور الهيكلي عند درجات الحرارة المنخفضة

إنه يرث خاصية امتصاص الرطوبة المنخفضة لمواد سلسلة G10، حيث تبلغ نسبة امتصاص الماء خلال 24 ساعة حوالي 0.11٪ فقط. في البيئات منخفضة الحرارة، قد تتجمع الرطوبة داخل المادة على شكل مكثف أو حتى بلورات جليدية صلبة، مما يؤدي إلى تمدد في الحجم ويُحدث اضطرابًا في البنية الداخلية، ما يسبب التشقق وتدهور الأداء. ومع ذلك، فإن معدل امتصاص الماء المنخفض للغاية في مادة G10-CR يمنع حدوث أضرار داخلية ناتجة عن دورات التجميد والذوبان أو في البيئات منخفضة الحرارة وعالية الرطوبة، ويحافظ على سلامة البنية والأداء في درجات الحرارة المنخفضة. وهذا يعزز بشكل أكبر قدرتها على التكيف مع ظروف التشغيل شديدة الانخفاض في درجة الحرارة.

كيف تتصرف هذه المادة في درجات الحرارة شديدة الانخفاض؟

يُظهر المATERIAL مقاومة استثنائية للحرارة: يمكنه التحمل المستقر لدرجات الحرارة المنخفضة القصوى تصل إلى -270°م (تقريبًا من 4 كلفن لغاز الهيليوم السائل)، مع الحفاظ على التشغيل المستمر عند درجات حرارة تصل إلى 140°م، ويغطي بذلك نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة تمتد من البرودة القصوى إلى درجات الحرارة المتوسطة-العالية. تُظهر النتائج التجريبية أن قوة القص بين الطبقات تزداد بشكل ملحوظ عند 77 كلفن (درجة حرارة النيتروجين السائل). ومن الجدير بالذكر أنه حتى في برودة 4 كلفن القصوى، تكشف اختبارات القص عن ظواهر تركيز الإجهاد دون حدوث فشل هيكلي.

تُظهر الخصائص الميكانيكية تنازلات: في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا، تزداد معامل مرونة المواد ومعامل القص، مع ارتفاع طفيف في الهشاشة. ورغم أن الأداء الميكانيكي قد ينخفض بنسبة تقارب 20٪، فإن هذا التدهور يظل قابلاً للتحكم—وهو أفضل بكثير من هشاشة مادة G10 التقليدية عند -55°م. علاوةً على ذلك، فإن التوصيل الحراري المنخفض الاستثنائي للمادة (7.0×10^-4 كيلو كالوري/(ثانية·سم²·°م)) يقلل بشكل فعال من انتقال الحرارة في الظروف شديدة البرودة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات ذات العزل العالي.

عدم وجود تدهور في العزل: تحافظ المادة على خصائصها الكهربائية الممتازة حتى عند -270°م، مع استقرار المعلمات الأساسية للعزل مثل شدة العزل المعياري ومقاومة الحجم، مما يمنع فشل العزل في ظل البرودة القصوى. ويشكل هذا سببًا رئيسيًا لاستخدامها في الأجهزة الفائقة التوصيل والإلكترونيات الفضائية العميقة.

التطبيق النموذجي للسيناريوهات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا

في مجالات التوصيل الفائق والطاقة النووية، يمكن لمواد العزل الكهربائي والدعم الهيكلي للمغناطيسات الفائقة التوصيل في مفاعلات الاندماج النووي أن تتحمل درجات الحرارة المنخفضة للغاية القريبة من مستويات الهيليوم السائل داخل المفاعل، مع مقاومة الإجهادات المعقدة لمنع فشل العزل أو التشوه الهيكلي للمكونات الفائقة التوصيل.

في استكشاف الفضاء العميق، يجب أن تتحمل المواد التغيرات الشديدة في درجات الحرارة في بيئات المركبات الفضائية. ويجب أن تكون مقاومة للبرودة الشديدة التي تصل إلى -270°م وكذلك درجات الحرارة المعتدلة إلى المرتفعة الناتجة أثناء تشغيل المعدات. وتُستخدم هذه المواد عادةً في هياكل الدعم لأجهزة الاستشعار الكريوجينية ولتغليف المكونات الإلكترونية عازلة، لضمان أداء مستقر للمعدات أثناء البعثات الفضائية.

في تطبيقات الهندسة التبريدية، تُستخدم هذه المواد في أنظمة تخزين ونقل الغاز الطبيعي المسال لتصنيع حشوات العزل للأنابيب ومكونات الإغلاق. وتقلل استقراريتها البنيوية وموصليتها الحرارية المنخفضة عند درجات الحرارة القصوى من فقدان البرودة أثناء نقل الغاز الطبيعي المسال بشكل فعال، مع منع مخاطر تشقق المواد وتسربها الناتجة عن البرودة الشديدة.

يمكن لشركة RDS Composite أن تقدم طبقة لامينية من الألياف الزجاجية والإيبوكسي من نوع G10-CR ذات أداء عالٍ في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. ويتم إدارة منتجاتنا بعناية بدءًا من توريد المواد الخام ومرورًا بجميع مراحل عملية الإنتاج لضمان مطابقتها للمعايير الدولية. ونحن ملتزمون بتزويدكم بمنتجات ذات جودة موثوقة وخدمات توصيل في الوقت المحدد.