| Titel | Reibeigenschaften von Polymerfolien in Flüssighelium |
| Autor | Thomas Gradt, Géraldine Theiler, Hannah Hale |
| Infos zum Autor | Autorenanschrift: Thomas Gradt, Géraldine Theiler, BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Unter den Eichen 44-46, 12203 Berlin thomas.gradt@bam.de geraldine.theiler@bam.de Hannah Hale Siemens plc, Healthcare Sector, MR Magnet Technology, Wharf Road, Eynsham, Witney, Oxon, OX29 4BP, England |
| Inhalt | Zusammenfassung 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 Stick-Slip-Effekte vermieden werden. Mit diesem Ziel wurde das Reibverhalten von PTFE-, PET- und PI-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. Abstract Strong magnetic fields, as they are necessary e.g. for magnetic resonance imaging (MRI), are generated by superconducting coils, cooled by liquid helium to a temperature of -269°C. Frictional heat, created by small movements between the coil and its support structure, may be sufficient to increase the temperature of the superconductor above its critical value and create a normal conducting zone. Due to Joule heating in the normal conducting state, this zone can heat up further and propagate rapidly. This process is called quench and causes rapid evaporation of the extremely expensive coolant and service breaks of several days. Because quenches are caused by frictional heat, it is necessary to optimize the friction behaviour of the involved materials. This applies mainly to polymer sheets which are used for electrical insulation between the coil and its housing. Beside high friction in general, distinct static friction peaks and stick-slip effects must be avoided. In view of this aim, the frictional behaviour of PTFE-, PET-, and PI-sheets at low temperatures and low sliding speeds, as they are characteristic for this application, was investigated. It was found that the friction between polymers in liquid helium was generally higher but more stable than in liquid nitrogen. However, the friction behaviour depends strongly on the material combination. For all studied polymers-polymer couples the stick-slip effect increases with increasing contact pressure. PET vs. PET has the least favourable friction behaviour and should be avoided for high contact pressures. Also tested contacts of polymers against aluminium showed more favourable friction behaviour, without significant stick-slip. Therefore, in such applications it should be ensured that the slip plane is located between a polymer and a metal surface. |
| Datum | 2014 |
