High Performance Polymer Composites for Tribosystems in Hydrogen Environment

用于氢环境摩擦系统的高性能聚合物复合材料

基本信息

项目摘要

Aim of the proposed research project is testing of polymer composite materials based on polyether ether ketone (PEEK) and polyimide (PI) for their suitability for tribosystems running in gaseous and liquid hydrogen. Because of its outstanding mechanical properties PEEK is to be used for frictionally stressed components and is already employed as a replacement for metallic materials in many applications. Compared to PEEK, PI is applicable in a wider temperature range and therefore, it will be included into the investigations. As solid lubricant various contents of natural or synthetic graphite will be admixed to the polymers. In a later phase of the project optimization of the materials by addition of carbon nanotubes and/or nanoparticles planned. Because hydrogen containing components are occasionally exposed to air and, because of safety reasons, have to be inertised before air inlet, a reliable function also in air and inert gases such as nitrogen belong to the requirements for frictionally stressed components. Therefore, also tests in air and, substitutional for inert environment, in vacuum will be carried out.The friction and wear data will be obtained by means of model test configurations in sliding friction against bearing steel and austenitic stainless steel. The frictional behavior of the polymers and also of graphite is considerably influenced by the environmental medium. Therefore, special attention will be paid to changes of friction mechanisms between different environments and tribochemical reactions in hydrogen environment. For this purpose, the topography and chemical composition of the friction surfaces and, if applicable, the transfer films will be investigated. Furthermore, also in view of applications with high purity requirements for the H2 gas, the outgasing behavior and creation of wear debris will be investigated. Under certain circumstances, reactive wear debris may even act as an ignition source.
拟议的研究项目的目的是测试基于聚醚醚酮(PEEK)和聚酰亚胺(PI)的聚合物复合材料对在气态和液态氢中运行的摩擦系统的适用性。由于其出色的机械性能,PEEK可用于承受应力的部件,并已在许多应用中用作金属材料的替代品。与PEEK相比,PI适用于更宽的温度范围,因此将其纳入研究。作为固体润滑剂,将各种含量的天然或合成石墨混合到聚合物中。在项目的后期阶段,通过添加碳纳米管和/或纳米颗粒来优化材料。由于含氢部件偶尔会暴露于空气中,并且出于安全原因,必须在空气入口之前进行惰性化,因此在空气和惰性气体(如氮气)中的可靠功能也属于受应力部件的要求。因此,还将进行空气中的试验以及替代惰性环境的真空中的试验。通过模型试验配置,在与轴承钢和奥氏体不锈钢的滑动摩擦中获得摩擦和磨损数据。聚合物和石墨的摩擦性能受环境介质的影响很大。因此,将特别关注不同环境之间摩擦机制的变化以及氢环境中的摩擦化学反应。为此,将研究摩擦表面的形貌和化学成分,如果适用,还将研究转移膜。此外,还考虑到对H2气体具有高纯度要求的应用,将研究除气行为和磨损碎屑的产生。在某些情况下,反应性磨损碎屑甚至可以作为点火源。

项目成果

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Friction and Wear Behaviour of Graphite Filled Polymer Composites in Hydrogen Environment
氢气环境中石墨填充聚合物复合材料的摩擦磨损行为
  • DOI:
    10.2474/trol.10.207
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    G. Theiler;Th. Gradt
  • 通讯作者:
    Th. Gradt
Tribological characteristics of polyimide composites in hydrogen environment
  • DOI:
    10.1016/j.triboint.2015.06.001
  • 发表时间:
    2015-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    G. Theiler;T. Gradt
  • 通讯作者:
    G. Theiler;T. Gradt
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