вопросы по термостойким полимерам и аналогам

Условия применения: 500~600С, 10МПа, газовая смесь 96% СО₂ + 4% N₂. Воды нет, УФ нет, окислителей практически нет (легко решаемо металлизацией).
Приложена небольшая статическая нагрузка на растяжение, перепады температуры незначительны или медленны. Под эти условия хочется лёгкий газонепроницаемый материал в виде прочной плёнки, стабильный на протяжении лет (для начала пусть будет 10).

Что в принципе есть (лучшее).
1. Полибензоксазоль, он же PBO, он же Zylon. Оно есть в виде ткани, но есть непонятки. Первое — стабильность. В спецификации указана температура разложения/плавления 650С, но это при нормальных условиях, а при указанных — непонятно, но наверное же побольше. Сколько? Второе — это волокна или ткани, плёнки вроде нет, так что и газонепроницаемости у них нет — нужно наполнять какой-то плотной и мягкой матрицей, например золотом. Заодно закрывает вопрос с медленный окислением полимера и разрушением от света.
2. Графит. Всё здорово, но непонятно есть ли тонкая лёгкая ткань на уровне РВО (~60 г/м²). Также нужно наполнять чем-то для получения плёнки.

Что ещё есть под такие условия?

Первый вариант точно "нет". Нужно рассматривать не температуру разложения, а температуру потери механических свойств. Для полибензоксазолов температура размягчения 250-400^оC .

Конечно же графит в виде углеткани с металлизацией.

А давление никак не влияет на предельные температуры?

Это покрытие или несущая поверхность?

Вообще вот что нашел :




Кремнийорганика спасет отца русской демократии . До 200С оно точно держит. Вообще-то в виде пленки на металлической подложке ухудшение параметров не важно - оно будет работать вплоть до расплавления.

Проблема — температура: 200С даром не надо (есть РВО о котором я сразу написал), нужно 600С, минимум 500С с сохранением механических свойств.
Металлическая подложка не годится.

Влияние давления пренебрежимо мало на температуру плавления, правда, для полимера это понятие неприменимо. Сильнее влияние давления на температуру разложения. Что касается механических свойств, то скорее всего, зависмость их от давления слабо выражена. Тем более давление всего-то 100 атмосфер. А вот кислотная атмосфера (CO²) может заметно влиять на коррозию металла.

Не кислотная она, сухая.

Ник

600с 100атм... гм...

au> Не кислотная она, сухая.
Влажность здесь ни при чем, кислоты Льюиса, например, вообще водорода не содержат. Просто при такой температуре возможны следующие реакции (Me какой-то металл, для примера взят двухвалентный):
1) Me+CO₂=MeO+CO;
2) MeO+CO₂=MeCO₃.
И получаем слои оксида и карбоната на поверхности металла. Причем вследствие второй реакции оксидная пленка уже не может служить защитой.
Более того, даже с углеродом идет рекомбинация: C+CO₂=2CO.
Конечно, углекислый газ не бог весть какой активный реагент, но за длительное время коррозия конструкции может пройти довольно глубоко.
Почему бы не попробовать использовать керамику, или стеклоткани?

Нужен гибкий газонепроницаемый (в разумных пределах) материал, устойчивый в таких условиях. У меня было два варианта на уме: РВО и углерод. РВО забраковали, остался углерод. Углерод в виде ткани, заполненной пластичным и достаточно инертным металлом (золото или сплав), соответствует требованиям. Больше ничего не придумалось. У стеклотканей не видно преимуществ перед углеродом, и их всё равно нужно заполнять.
Кроме гибкого, керамика годится. Но имея фактически функциональную роль как защита от коррозии, керамика конкурирует с функциональными покрытиями высокой технологичности. Например, титановый элемент легко покрывается нитридом титана, и вопрос коррозии закрывается. Алюминий как-либо покрывается толстой плёнкой оксида, и вопрос коррозии закрывается. Всё это без ущерба для механических свойств, без хрупкости и технологических проблем. И даже просто микронный слой достаточно инертного металла, как вариант — того же золота, решает проблему. Но всё это — лирическое отступление. Мне нужна тонкая, лёгкая и достаточно газонепроницаемая и прочная плёнка под указанные условия.

Кстати, вы считаете что для алюминия и титана (конструкционные металлы) справедливы эти реакции?

Да, для алюминия и титана, а также их оксидов будет идти реакция. ПОлучающийся карбонатный слой более рыхл (имеет меньшую плотность), чем оксидный, поэтому реакция будет идти до полного израсходования металла. Примерно (у меня сейчас нет справочников поду рукой) можно принять, что лимитирующей стадией реакции будет внутреннняя диффузия углекислого газа через карбонат металла (не через оксид, там будет два слоя на металле: верхний карбонат, нижний-оксид). Тогда энергия активации будет небольшой - примерно 5-7 кДж/моль/К и скорость реакции при повышении температуры на 600К повышается в exp(7*10³*600/273/873)=4.502*10⁷ плюс-минус лапоть. Конечно, при условии того же давления. Вообще же, для начала надо глянуть на энергию Гиббса образования карбонатов из углекислого газа и оксида и пересчитать на эти условия. Возможно выбрать металл, который при данных условиях просто не будет образовывать карбонатов, карбидов и нитридов. Нужно посмотреть в справочник термодинамических величин на предмет энергий образования оксидов, карбонатов, карбидов и нитридов и их теплоёмкостей и примерно посчитать значение этих энергий образования для 600С и 100 атм по изобаре реакции.

кстати при околонулевой разнице давлений могут вылезти колебания около нуля. а это полный превед в плане усталости и схлопывания трубы. пр наличии карбонатной плёнки она будет отваливатся со свистом со всеми вытекающими...

Не труба там, а шар чуть поддутый изнутри, так что форму держит, но не более.

углерод-углеродный композит. точно газопроницаемый. химию и тепмпературу держит. недостаток- мягко говоря негибкий

Негибкий мне даром не нужен, а то не ломал бы голову и было бы изделие бы металлическим с защитным покрытием.

видел решение такого рода из нержавейки.это была просто гофрированная труба которая схлопывалась и расправлялась без вреда для себя

собственно, чтобы кислород не жрал - фториды нужны... Какие-нибудь из них при тех температурах прочность сохраняют?

у меня знакомый делал защиту для люминевого электролизёра... в смысле экран для того г, которе вверх летит...