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High performance polymer composites have been intensively investigated for tribological applications in air, but rarely in hydrogen environment. Author's previous benchmark of composites in liquid hydrogen (LH2) showed that graphite filled polymers have beneficial friction behaviour in this extreme condition. Therefore, further investigations have been undertaken in hydrogen environment. This paper presents first results obtained with polyimide composites filled with different types (natural, synthetic) and amounts of graphite in air, vacuum and hydrogen environments. A particular attention is taken to the influence of hydrogen on graphite as well as on the polymer matrix.
The influence of hydrogen environment on the friction and wear behavior of polyimide (PI) composites was investigated for two different PI-types (PI1 and PI2) filled with natural or synthetic graphite. Sliding tests were run against AISI 52100 steel and the worn surfaces as well as the transfer film were analyzed by means of SEM, EDX and Infrared Spectroscopy. Results indicate that the chemical structure of the polyimide has a major influence on the tribological behavior. While the friction of PI2 remains rather stable in all environments, PI1 showed very low friction in hydrogen without any lubricant. The lubricity of graphite was found to be more effective in hydrogen than in moist air.
Die tribologischen Eigenschaften von graphitgefüllten Polyimiden gegen Stahl 100Cr6 wurden an Luft, im Hochvakuum (l0⁻ ³ Pa) und in Wasserstoffumgebung bei verschiedenen Drücken (10³ Pa, 10⁴ Pa und 10⁵ Pa) untersucht. Zwei unterschiedliche Polyimid-Typen wurden eingesetzt, wobei Typ und Menge des Graphits variiert wurden.
Die Experimente wurden bei 3,1 MPa Kontaktdruck und einer Gleitgeschwindigkeit von 0,2 m/s bzw. 1 m/s durchgeführt. Die verschlissenen Oberflächen und die Morphologie des Materialübertrags auf die Stahl-Gegenfläche wurden mittels Lichtmikroskopie, REM, TEM und FTIR untersucht. Die Untersuchung zeigt, dass sowohl die Matrix als auch der Graphitanteil einen deutlichen Einfluss auf das Reibverhalten von Verbundwerkstoffen in Wasserstoffumgehungen haben können.