G10-CR Epoxidmaterial: Speziell für industrielle Ausrüstungen und Bauteile bei extrem niedrigen Temperaturen

G10-CR Epoxidmaterial: Speziell für industrielle Ausrüstungen und Bauteile bei extrem niedrigen Temperaturen

Das G10-CR Epoxid-Glasfaser-Laminat ist eine spezialisierte Variante des Standard-G10 und für extrem tiefe Temperaturen konzipiert. Speziell für nahezu nullgradige Umgebungen entwickelt, ist es unverzichtbar in zukunftsweisenden Bereichen wie der Supraleitung und der Tiefraumforschung.

Wie erreicht G10-CR die ultratiefkältebeständige Leistung?

Die Fähigkeit von G10-CR, Temperaturen von bis zu -270 °C – nahe dem absoluten Nullpunkt – standzuhalten, resultiert aus einer angepassten Formulierungsoptimierung, einer einzigartigen mehrschichtigen Verbundstruktur und einem auf Tieftemperaturen abgestimmten Herstellungsprozess. Dieser ganzheitliche Ansatz behebt häufige Probleme wie Sprödigkeit, Verformung und Leistungsabfall herkömmlicher Materialien unter extrem kalten Bedingungen.

1. Modifizierung des Harzsystems für tiefe Kältetechnik-Anwendungen

Der entscheidende Unterschied zwischen G10-CR und herkömmlichen G10-Werkstoffen liegt in ihrem exklusiven Epoxidsystem für niedrige Temperaturen. G10-CR verwendet eine optimierte, durch Amin katalysierte, feste Epoxidharzmatrix, die sich von konventionellen G10-Harzen unterscheidet. Der Hersteller hat bewusst den E-Modul des Harzes durch diese Formulierung verringert, wodurch die Sprödigkeit des Materials bei tiefen Temperaturen effektiv minimiert wird. Selbst bei Temperaturen auf Flüssighelium-Niveau zeigt das Harz nur geringe Sprödigkeit mit Mikrorissen, wodurch ein struktureller Zusammenbruch verhindert wird. Die mechanischen Eigenschaften weisen einen maximalen Rückgang um 20 % auf und übertreffen damit deutlich die Ausfallraten herkömmlicher Epoxidmaterialien in kryogenen Umgebungen. Zudem behält dieses Harz bei tiefen Temperaturen eine starke Haftung an Glasfasern bei, verhindert delaminierende Effekte an der Grenzfläche durch extreme Kälte und gewährleistet so die strukturelle Integrität.

2. Stabilität der glasfaserverbundlaminatstruktur bei tiefen Temperaturen

Dieses Verbundmaterial, das als Glasgewebe/Epoxid-Laminatplatte klassifiziert ist, wird durch Hochtemperatur- und Hochdruckverarbeitung mehrerer harzgetränkter Glasfaserschichten hergestellt. Glasfasern weisen von Natur aus eine außergewöhnliche Tieftemperaturstabilität auf und behalten ihre strukturelle Integrität und Leistungsfähigkeit ohne nennenswerte Verschlechterung selbst bei extrem niedrigen Temperaturen bei, wodurch sie als tragendes Kerngerüst wesentliche Unterstützung bieten. Die schichtweise Stapelkonfiguration verteilt effektiv die in kryogenen Umgebungen entstehenden thermischen Spannungen und verhindert spannungskonzentrationsbedingte Risse. Experimentelle Daten zeigen, dass diese Konstruktion bei 77 K (Bereich der flüssigen Stickstofftemperatur) die 2,45-fache Scherfestigkeit bei Raumtemperatur erreicht. Bemerkenswerterweise behält das Material nahezu vollständige Scherfestigkeit, selbst wenn es auf 4,2 K (Bereich der flüssigen Heliumtemperatur) abgekühlt wird, und gleicht damit den geringen Leistungsverlust durch Harzversprödung bei tiefen Temperaturen wirksam aus.

3. Geringe Wärmeleitfähigkeit reduziert thermische Spannungsbeschädigungen bei niedrigen Temperaturen

Das G10-CR-Material weist eine Wärmeleitfähigkeit von lediglich 7,0×10^-4 kcal/s/cm²(°C/cm) auf und ist damit ein hervorragender Wärmeisolator. In kryogenen Umgebungen verringert diese Eigenschaft den Wärmeübergang von äußeren Quellen auf kryogene Geräte erheblich und verhindert gleichzeitig extreme thermische Ausdehnung und Kontraktion, die durch große Temperaturdifferenzen verursacht werden. Durch die Minimierung thermisch bedingter struktureller Schäden und die Vermeidung von Ermüdungsschäden infolge wiederholter Temperaturwechsel behält das Material über einen langen Zeitraum im Tieftemperaturbetrieb eine stabile Leistung.

4. Geringe Feuchtigkeitsaufnahme, um strukturelle Abbauerscheinungen bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden

Es übernimmt die geringe Feuchtigkeitsaufnahme der G10-Serienmaterialien und weist eine Wasseraufnahme über 24 Stunden von nur etwa 0,11 % auf. In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen kann die im Material enthaltene Feuchtigkeit zu Eis oder sogar festen Eiskristallen kondensieren, was zu einer Volumenausdehnung führt, die die innere Struktur beschädigt und zu Rissen sowie Leistungsabnahme führt. Aufgrund der äußerst geringen Wasseraufnahme von G10-CR werden jedoch innere Schäden durch Frost-Tau-Zyklen oder in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit verhindert, wodurch die strukturelle und funktionelle Integrität bei tiefen Temperaturen erhalten bleibt. Dies verbessert zusätzlich die Eignung für den Einsatz unter extrem niedrigen Temperaturbedingungen.

Wie verhält sich dieses Material bei extrem niedrigen Temperaturen?

Das Material zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Temperaturbeständigkeit aus: Es kann extrem niedrige Temperaturen von bis zu -270 °C stabil aushalten (nahe der Temperatur des flüssigen Heliums bei 4 K) und gleichzeitig kontinuierlich bei Temperaturen von bis zu 140 °C betrieben werden, wodurch ein breiter Temperaturbereich von extremer Kälte bis zu mäßig hohen Temperaturen abgedeckt wird. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Scherfestigkeit zwischen den Lagen bei 77 K (Temperatur von flüssigem Stickstoff) deutlich ansteigt. Bemerkenswert ist, dass selbst bei der extremen Kälte von 4 K Scherprüfungen Spannungskonzentrationen aufzeigen, ohne dass es zu strukturellen Versagen kommt.

Mechanische Eigenschaften weisen Kompromisse auf: In extrem kalten Umgebungen steigen der Elastizitätsmodul und der Schubmodul der Materialien an, wobei die Sprödigkeit leicht zunimmt. Obwohl die mechanische Leistung um etwa 20 % abnehmen kann, bleibt diese Verschlechterung kontrollierbar – deutlich besser im Vergleich zur Sprödigkeit herkömmlichen G10 bei -55 °C. Zudem reduziert seine außergewöhnlich geringe Wärmeleitfähigkeit (7,0×10^-4 kcal/(s·cm²·°C)) den Wärmetransport in extremer Kälte wirksam und macht es somit ideal für Anwendungen mit hoher Isolierung.

Kein Isolationsabbau: Das Material behält auch bei -270 °C hervorragende elektrische Eigenschaften bei, wobei wichtige Isolationsparameter wie Durchschlagfestigkeit und spezifischer Durchgangswiderstand stabil bleiben, wodurch ein Isolationsversagen unter extremer Kälte verhindert wird. Dies ist ein entscheidender Grund für den Einsatz in supraleitenden Bauelementen und Elektronik für den Weltraum.

Typische Anwendung in Szenarien mit extrem niedrigen Temperaturen

In den Bereichen Supraleitung und Kernenergie können die elektrischen Isolier- und Tragwerkstoffe für supraleitende Magnete in Kernfusionsreaktoren extrem niedrigen Temperaturen nahe dem Niveau von flüssigem Helium innerhalb des Reaktors standhalten und gleichzeitig komplexen Belastungen widerstehen, um Isolationsausfälle oder strukturelle Verformungen der supraleitenden Bauteile zu verhindern.

Bei der Erforschung des Tiefraums müssen Werkstoffe extremen Temperaturschwankungen in der Raumfahrtumgebung standhalten. Sie müssen sowohl der extremen Kälte von -270 °C als auch den mäßig hohen Temperaturen widerstehen, die während des Betriebs von Geräten entstehen. Diese Materialien werden üblicherweise für Tragstrukturen von kryogenen Sensoren und isolierende Verpackungen elektronischer Bauteile eingesetzt, um eine stabile Leistung der Ausrüstung während Weltraummissionen sicherzustellen.

In kryotechnischen Anwendungen werden diese Materialien in LNG-Speicher- und Transportsystemen zur Herstellung von Rohrleitungsisolierdichtungen und Dichtungselementen eingesetzt. Ihre strukturelle Stabilität und geringe Wärmeleitfähigkeit bei extremen Temperaturen minimieren effektiv Kälteverluste während des LNG-Transports und verhindern gleichzeitig das Risiko von Materialrissen und Leckagen aufgrund extremer Kälte.

RDS Composite kann G10-CR Epoxidglasfaser-Laminat mit hervorragender Leistung bei ultra-niedrigen Temperaturen anbieten. Unsere Produkte werden sorgfältig von der Beschaffung der Rohstoffe bis zum Ende des gesamten Produktionsprozesses überwacht, um die Einhaltung internationaler Standards sicherzustellen. Wir sind bestrebt, Ihnen zuverlässige Qualitätsprodukte und pünktliche Lieferdienstleistungen zu bieten.