Vật liệu Epoxy G10-CR: Được thiết kế riêng cho Thiết bị & Linh kiện Công nghiệp Nhiệt độ Siêu thấp

Vật liệu Epoxy G10-CR: Được thiết kế riêng cho Thiết bị & Linh kiện Công nghiệp Nhiệt độ Siêu thấp

Lớp laminate sợi thủy tinh epoxy G10-CR là một biến thể chuyên dụng của G10 tiêu chuẩn, được thiết kế kỹ thuật cho các ứng dụng ở nhiệt độ cực thấp. Được thiết kế đặc biệt cho môi trường gần bằng không độ, vật liệu này là yếu tố không thể thiếu trong các lĩnh vực tiên tiến như siêu dẫn và thám hiểm không gian sâu.

G10-CR đạt được hiệu suất ở nhiệt độ cực thấp như thế nào?

Khả năng của G10-CR chịu được nhiệt độ thấp tới -270°C, gần bằng không tuyệt đối, bắt nguồn từ việc tối ưu hóa công thức theo yêu cầu, cấu trúc composite nhiều lớp độc đáo và quy trình sản xuất tương thích với nhiệt độ thấp. Cách tiếp cận toàn diện này giải quyết các vấn đề phổ biến như giòn, biến dạng và suy giảm hiệu suất ở các vật liệu thông thường trong điều kiện lạnh khắc nghiệt.

1. Cải tiến hệ thống nhựa để ứng dụng ở nhiệt độ đông lạnh sâu

Sự khác biệt chính giữa vật liệu G10-CR và vật liệu G10 tiêu chuẩn nằm ở hệ thống epoxy chuyên biệt cho nhiệt độ thấp. G10-CR sử dụng ma trận nhựa epoxy rắn được xúc tác bằng amin đã được tối ưu hóa, khác biệt so với các loại nhựa epoxy G10 thông thường. Nhà sản xuất cố ý giảm độ mô-đun của nhựa epoxy thông qua thiết kế công thức này, từ đó hiệu quả làm giảm độ giòn của vật liệu ở nhiệt độ thấp. Ngay cả khi nhiệt độ giảm xuống mức helium lỏng, nhựa chỉ thể hiện độ giòn nhẹ cùng các vết nứt vi mô, ngăn ngừa sụp đổ cấu trúc. Các tính chất cơ học chỉ suy giảm tối đa 20%, vượt trội đáng kể so với tỷ lệ hỏng hóc của các vật liệu epoxy thông thường trong môi trường nhiệt độ cực thấp. Ngoài ra, nhựa này vẫn duy trì khả năng bám dính mạnh với sợi thủy tinh ở nhiệt độ thấp, tránh hiện tượng bong tách giao diện do lạnh khắc nghiệt và đảm bảo độ nguyên vẹn cấu trúc.

2. Tính ổn định nhiệt độ thấp của cấu trúc tấm ép sợi thủy tinh

Vật liệu composite này, được phân loại là tấm laminate vải thủy tinh/epoxy, được chế tạo bằng cách xử lý ở nhiệt độ cao và áp suất cao nhiều lớp sợi thủy tinh tẩm nhựa. Sợi thủy tinh vốn có độ ổn định tuyệt vời ở nhiệt độ thấp, duy trì độ bền cấu trúc và hiệu suất mà không bị suy giảm đáng kể ngay cả ở nhiệt độ cực thấp, do đó cung cấp phần khung nền thiết yếu. Cấu hình xếp lớp hiệu quả phân bố các ứng suất nhiệt phát sinh trong môi trường nhiệt độ cryogenic, ngăn ngừa nứt do tập trung ứng suất. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy thiết kế này đạt độ bền cắt cao gấp 2,45 lần so với ở nhiệt độ phòng tại 77K (dải nhiệt độ nitơ lỏng). Đáng chú ý, vật liệu vẫn giữ gần như toàn bộ độ bền cắt ngay cả khi làm lạnh xuống 4,2K (dải nhiệt độ heli lỏng), hiệu quả bù đắp cho tổn thất hiệu suất tối thiểu do nhựa bị giòn hóa ở nhiệt độ thấp.

3. Độ dẫn nhiệt thấp giảm thiểu hư hỏng do ứng suất nhiệt ở nhiệt độ thấp

Vật liệu G10-CR có độ dẫn nhiệt chỉ 7,0×10^-4 kcal/s/cm²(°C/cm), làm cho nó trở thành một chất cách nhiệt xuất sắc. Trong môi trường nhiệt độ cực thấp, đặc tính này làm giảm đáng kể sự truyền nhiệt từ các nguồn bên ngoài vào thiết bị cryogenic, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng giãn nở và co ngót nhiệt cực đoan do chênh lệch nhiệt độ lớn. Bằng cách giảm thiểu hư hỏng cấu trúc do ứng suất nhiệt và tránh tổn thương mỏi do các chu kỳ nhiệt lặp lại, vật liệu duy trì hiệu suất ổn định trong thời gian dài hoạt động ở nhiệt độ thấp.

4. Độ hút ẩm thấp để tránh suy giảm cấu trúc ở nhiệt độ thấp

Nó kế thừa đặc tính hấp thụ độ ẩm thấp của các vật liệu series G10, với tỷ lệ hấp thụ nước trong 24 giờ chỉ khoảng 0,11%. Trong môi trường nhiệt độ thấp, độ ẩm trong vật liệu có thể ngưng tụ thành băng hoặc thậm chí thành tinh thể băng rắn, gây ra sự giãn nở thể tích làm phá vỡ cấu trúc bên trong và dẫn đến nứt vỡ cũng như suy giảm hiệu suất. Tuy nhiên, tỷ lệ hấp thụ nước cực kỳ thấp của G10-CR ngăn ngừa hư hại nội bộ do các chu kỳ đóng băng-rã đông hoặc trong các môi trường nhiệt độ thấp, độ ẩm cao, duy trì được độ bền cấu trúc và tính năng ở nhiệt độ thấp. Điều này tiếp tục nâng cao khả năng thích nghi của vật liệu với các điều kiện hoạt động ở nhiệt độ cực thấp.

Vật liệu này phản ứng như thế nào ở nhiệt độ cực thấp?

Vật liệu thể hiện khả năng chịu nhiệt độ vượt trội: có thể chịu ổn định ở nhiệt độ cực thấp xuống tới -270°C (gần với 4K của heli lỏng), đồng thời duy trì hoạt động liên tục ở nhiệt độ lên tới 140°C, bao phủ dải nhiệt độ rộng từ lạnh cực đoan đến nhiệt độ vừa-cao. Kết quả thí nghiệm cho thấy độ bền cắt giữa các lớp tăng đáng kể ở 77K (nhiệt độ nitơ lỏng). Đáng chú ý, ngay cả trong điều kiện lạnh cực đoan ở 4K, các phép thử cắt vẫn ghi nhận hiện tượng tập trung ứng suất mà không gây ra sự phá hủy cấu trúc.

Các tính chất cơ học có sự đánh đổi: Trong môi trường nhiệt độ cực thấp, mô-đun đàn hồi và mô-đun trượt của vật liệu tăng lên, độ giòn tăng nhẹ. Mặc dù hiệu suất cơ học có thể giảm khoảng 20%, nhưng mức suy giảm này vẫn nằm trong giới hạn kiểm soát — tốt hơn đáng kể so với độ giòn của vật liệu G10 thông thường ở -55°C. Hơn nữa, khả năng dẫn nhiệt cực thấp (7,0×10^-4 kcal/(s·cm²·°C)) giúp giảm hiệu quả việc truyền nhiệt trong điều kiện lạnh cực đoan, làm cho vật liệu này lý tưởng cho các ứng dụng cách nhiệt cao.

Không suy giảm cách điện: Vật liệu duy trì các tính chất điện xuất sắc ngay cả ở -270°C, với các thông số cách điện chính như cường độ điện môi và điện trở suất khối ổn định, ngăn ngừa hiện tượng hỏng cách điện trong điều kiện lạnh cực đoan. Đây là lý do chính khiến vật liệu được ứng dụng trong các thiết bị siêu dẫn và điện tử vũ trụ sâu.

Ứng dụng điển hình trong tình huống nhiệt độ cực thấp

Trong các lĩnh vực siêu dẫn và năng lượng hạt nhân, các vật liệu cách điện và hỗ trợ cấu trúc cho nam châm siêu dẫn trong các lò phản ứng nhiệt hạch có thể chịu được nhiệt độ cực thấp tiến tới mức nhiệt độ heli lỏng bên trong lò phản ứng, đồng thời chống lại các ứng suất phức tạp để ngăn ngừa sự cố cách điện hoặc biến dạng cấu trúc của các thành phần siêu dẫn.

Trong thám hiểm không gian sâu, vật liệu phải chịu được sự biến đổi nhiệt độ khắc nghiệt trong môi trường tàu vũ trụ. Chúng phải chống chịu được cả điều kiện lạnh cực đoan ở -270°C lẫn nhiệt độ trung bình-cao phát sinh trong quá trình vận hành thiết bị. Những vật liệu này thường được sử dụng cho các cấu trúc đỡ cảm biến nhiệt độ thấp và bao bì cách điện của các linh kiện điện tử, đảm bảo hiệu suất thiết bị ổn định trong suốt các sứ mệnh không gian.

Trong các ứng dụng kỹ thuật nhiệt độ thấp, những vật liệu này được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ và vận chuyển LNG để sản xuất các gioăng cách nhiệt ống dẫn và các bộ phận làm kín. Tính ổn định cấu trúc và độ dẫn nhiệt thấp của chúng ở nhiệt độ cực thấp giúp hiệu quả giảm thiểu tổn thất lạnh trong quá trình vận chuyển LNG, đồng thời ngăn ngừa nguy cơ nứt và rò rỉ vật liệu do nhiệt độ lạnh cực đoan.

RDS Composite có thể cung cấp tấm laminate sợi thủy tinh epoxy G10-CR với hiệu suất nhiệt độ cực thấp. Sản phẩm của chúng tôi được quản lý cẩn thận từ khâu thu mua nguyên vật liệu cho đến toàn bộ quá trình sản xuất nhằm đảm bảo đạt tiêu chuẩn quốc tế. Chúng tôi cam kết cung cấp cho bạn các sản phẩm chất lượng đáng tin cậy và dịch vụ giao hàng đúng tiến độ.