PTFE und PCTFE können als Festschmierstoff in der Kryogenik verwendet werden

Dank der besonders außergewöhnlichen Eigenschaften von Polymeren werden sie häufig als Festschmierstoffe im Bereich der Tribologie, insbesondere in kryogenen Umgebungen, eingesetzt.

Bei atmosphärischem Druck haben kryogene Flüssigkeiten sehr niedrige Viskositäten. Für flüssigen Sauerstoff liegt die Viskosität bei 0,20-10-3Pa-s und für flüssigen Stickstoff bei 0,16-10-3Pa-s [25]. Das macht eine Flüssigkeitsschmierung unwahrscheinlich. Reagiert die kryogene Flüssigkeit dagegen mit der Oberfläche, so konnte nur eine sehr geringe Schmierung beobachtet werden. In anderen flüssigen Umgebungen, wie N2, H2 oder He, wurden jedoch keine Reaktionen beobachtet, die zur Bildung von Oberflächenfilmen beitragen, die den Kontakt begünstigen [26].

Im Gegensatz dazu kann bei Kontakt zwischen Metallen in Gegenwart von kryogener Flüssigkeit ein Festfressen beobachtet werden, da es keine Schmierung gibt. In einer neutralen Atmosphäre oder in einer reduzierenden Atmosphäre gibt es keine Filmbildung: es gibt also keine Schmierung für den Kontakt. Dennoch haben kryogene Flüssigkeiten ziemlich interessante Eigenschaften, um einen störungsfreien Kontakt zu erreichen. Eine davon ist die hohe Kühlleistung von kryogenen Flüssigkeiten. Auf diese Weise können die Probleme im Zusammenhang mit der hohen Wärmeentwicklung durch Reibung umgangen werden. [27].

In jedem Fall können viele Schmiermittel, wie z.B. Öle, bei kryogenen Temperaturen nicht verwendet werden. Nur mit Festschmierstoffen lässt sich beim Arbeiten mit kryogenen Flüssigkeiten die Gefahr des Festfressens vermeiden. Aus diesem Grund werden in diesem Fall häufig PTFE (Polytetrafluorethylen) und MoS2 (Molybdändisulfid) verwendet [27]. Besonderes Augenmerk wird auch auf Oberflächenbehandlungen gelegt, die das Risiko von Festfressen und Reibung verringern [28].

All diese Verwendungen waren auch Gegenstand zahlreicher Studien, namentlich der Dissertation über das “Tribologische Verhalten des PCTFE/Stahl 440C-Kontakts in Stickstoff bei Tieftemperatur”.

Sources :

J.-L. Bozet. Modelling of friction and wear for designing cryogenic valves. Tribology International, 34(4) :207 – 215, 2001.

[26] P. Adjadj. Influence du milieu cryotechnique sur le comportement tribologique des matériaux hétérogènes – Etude en glissement sec dans l’azote liquide. PhD thesis, Université
Paris 6, 1988.

[27] A. R. Lansdown. Low temperature lubrication. Technical report, Swansea Tribology Centre (for the European Space Agency), 1978.

[28] R. Gras. Etude de traitements de surface applicables sur les roulements cryotechniques.
Technical report, Convention S.E.P./I.S.M.C.M., n°523036, 1986.

[29] M. Fontanille and Y. Gnanou. Structure moléculaire et morphologie des polymères. Techniques de l’ingénieur, A 3 042 :1–28, 1994.

[30] G.M. Bartenev and V.V. Lavrentev. Chapter 1 : Structure and physical properties of
polymers. In Lieng-Huang Lee and K.C. Ludema, editors, Friction and Wear of Polymers,
volume 6 of Tribology Series, pages 1 – 29. Elsevier, 1981.