材料参数收集|热塑性聚合物在低温密封应用中的潜力评估：应变率与温度效应

标题: 热塑性聚合物在低温密封应用中的潜力评估：应变率与温度效应

摘要:
低温燃料（如液氢和液化天然气）作为多功能可持续能源载体，正推动航空航天、汽车、船舶及发电等领域的变革。热塑性聚合物可替代金属密封件用于低温燃料系统，但目前对其在低温（尤其是液氢温度20 K）下的行为研究有限。本文测量了三种常用热塑性聚合物（PTFE、PEEK和UHMWPE）在室温（RT）、77 K和20 K下及四种应变率下的拉伸性能与热膨胀系数，并通过显微分析揭示了低温与应变率耦合作用下的失效机制。结果表明：聚合物的拉伸强度从室温降至77 K时升高，但从77 K降至20 K时降低；杨氏模量随温度降低（RT→20 K）而增大，断裂应变减小。显微观察发现，PEEK和UHMWPE在77 K→20 K时呈现瞬时断裂加剧，断裂面出现多区域“镜面状”与“雾状”亚结构；PTFE的形貌对低温应变率变化不敏感，但其断口韧窝尺寸随温度降低（77 K→20 K）而减小。此外，PEEK在20 K下的收缩率远低于PTFE和UHMWPE，这与PEEK具有三者中最高的玻璃化转变温度一致，该特性可作为筛选低温低收缩聚合物的关键指标。

关键词: 拉伸性能；热膨胀系数；热塑性聚合物；应变率；低温；扫描电子显微镜