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Windings in superconducting magnets operating at 4.2 K are highly susceptible to quenching caused by small frictional heat inputs. Small movements in the magnet system are inevitable during ramping due to the increasing electromagnetic forces. Friction pairs of polymer based materials have been investigated at 4.2 K to gain an understanding of their sliding behavior in conditions representative of superconducting MRI systems. The results indicate that polymer-polymer pairs experience unstable sliding behavior with repeated stick-slip whereas polymer-aluminum couples have stable sliding behavior up to high contact pressures of 20 MPa.
This study deals with the development of PEEK (polyehteretherketone) and PTFE (polytetrafluoroethylene) based composites, optimized for low friction and low wear performance under extreme environments. It is demonstrated that the incorporation of a harder polymer component into PTFE (such as PEEK particles), a short fiber reinforcement (e.g. carbon fibers CF), and internal lubricants (e.g. PTFE particles), helps to reduce the friction and to improve the wear resistance over a very wide temperature range.
This chapter deals with the development of polyetheretherketone (PEEK) and polytetrafluoroethylene (PTFE)-based composites, optimized for low friction and low wear performance under extreme environments. It is demonstrated that the incorporation of a harder polymer component into PTFE (such as PEEK particles), a short fiber reinforcement (e.g. carbon fibers (CFs)) and internal lubricants (e.g. PTFE particles) helps to reduce the friction and to improve the wear resistance over a very wide temperature range.
Influence of solid lubricant fillers on the tribological behaviour of peek composites in vacuum
(2009)
For further development of hydrogen technology, it is necessary to have a sufficient number of materials for safe and reliable operation available. Frictional contacts exposed to hydrogen, are critical because of vanishing protective oxide layers in the presence of a chemical reducing environment. Furthermore, liquid lubricants are often not applicable, because of purity requirements, or very low temperatures in the case of liquid hydrogen. Thus, for numerous tribosystems in hydrogen technology, solid lubrication is the only possible method for reducing friction and wear. Therefore, investigations on the tribological behaviour of friction reducing materials, such as PTFE, graphite, DLC and MoS2, in inert and hydrogen environment were carried out. The results show that solid lubricants, applied as coatings or as components in polymer composites, are able to reduce friction and wear in gaseous as well as in liquid hydrogen. However, some materials are very sensitive to the environmental medium.
Starke Magnetfelder, wie sie z.B. für die Magnetresonanztomografie (MRT) notwendig sind, werden durch supraleitende Spulen erzeugt, die mit Flüssighelium auf eine Temperatur von -269°C gekühlt werden. Die Reibungswärme, die z.B. bei kleinsten Bewegungen zwischen der Spule und deren Stützstruktur entsteht, kann bewirken, dass die kritische Temperatur des Supraleiters lokal überschritten wird und ein normalleitender Bereich entsteht. Aufgrund der bei Normalleitung entstehenden jouleschen Wärme kann sich dieser Bereich weiter erwärmen und schnell ausbreiten. Dieser Vorgang wird als Quench bezeichnet und führt zum schlagartigen Verdampfen des extrem teuren Kältemittels und zu Betriebsunterbrechungen von mehreren Tagen.
Da diese Quenche durch Reibungswärme verursacht werden, ist es notwendig, das Reibverhalten der beteiligten Werkstoffe so zu optimieren, dass kein kritischer Betriebszustand erreicht wird. Dies betrifft in erster Linie Polymerfolien, die zur elektrischen Isolierung zwischen der Spule und der Stützstruktur notwendig sind. Neben zu hoher Reibung allgemein müssen ausgeprägte Haftreibungsspitzen und StickSlip-Effekte vermieden werden. Mit
diesem Ziel wurde das Reibverhalten von PTFE-, PET- und Pl-Folien bei tiefen Temperaturen und den für diese Anwendung typischen niedrigen Gleitgeschwindigkeiten untersucht. Es zeigte sich, dass die Reibung zwischen Polymeroberflächen in Flüssighelium allgemein höher, aber stabiler als in Flüssigstickstoff ist. Allerdings hängt das Reibverhalten erheblich von der Werkstoffpaarung ab. Der Stick-Slip-Effekt nimmt bei allen untersuchten Polymer-Polymer-Paarungen mit wachsender Kontaktpressung zu. PET gegen PET hat das ungünstigste Reibverhalten und sollte bei hohen Pressungen vermieden werden. Zum Vergleich getestete Paarungen von Polymeren gegen Aluminium zeigten deutlich günstigeres Reibverhalten ohne signifikanten Stick-Slip. Deshalb sollte bei derartigen Anwendungen sichergestellt werden, dass die Gleitebene zwischen Polymer- und Metalloberfläche liegt.
In a first test series, the friction and wear properties of 6 polymeric candidate materials for application in LNG tribosystems were tested. The most favorable properties showed PTFE composite, filled with carbon fibers and PEEK, which showed low and stable friction and a wear coefficient in the order of 10-7 mm3N-1m-1. PTFE containing PEEK composites seem to be also appropriate for LNG applications. Admixtures of graphite as solid lubricant result in lower wear. Contrary, a lubricating mechanism of MoS2 was not observed. The PI-materials showed comparatively high friction and medium wear.