W kriogenice granicą nie jest zero – to zero absolutne. A dokładniej: -273,15°C. Choć realne zastosowania zwykle nie schodzą tak nisko, to i tak mówimy o ekstremach. Ciekły azot, hel, wodór czy metan – wszystkie wymagają rozwiązań materiałowych, które wytrzymają nie tylko temperatury poniżej -150°C, ale też intensywną eksploatację, kontakt z gazami technicznymi i agresywnym środowiskiem.
W takich warunkach typowe powłoki zawodzą. Kruszeją, tracą przyczepność, pękają. Dlatego w kriogenice stosuje się powłoki o specjalnych właściwościach fizykochemicznych, które muszą spełnić wiele równocześnie trudnych wymagań.
Co sprawia największe problemy w kriogenice?
- Zamrażanie elastyczności – wiele materiałów sztywnieje i staje się kruche, co może prowadzić do mikropęknięć i awarii powłok.
- Szron i kondensacja – obecność wilgoci i nagłe zmiany temperatury mogą prowadzić do osadzania się lodu na powierzchniach.
- Skurcz cieplny i rozszerzalność – różnice w rozszerzalności cieplnej między podłożem a powłoką mogą prowadzić do odspajania warstw.
- Kontakt z ciekłymi gazami – potrzebna jest chemiczna obojętność i odporność na agresywne media.
- Izolacyjność – kriogenika często wymaga powłok o niskiej przewodności cieplnej i elektrycznej.
Jakie powłoki sprawdzają się w kriogenice?
Najczęściej są to powłoki fluoropolimerowe, takie jak:
- PTFE (politetrafluoroetylen) – ekstremalna odporność chemiczna, stabilność w niskich temperaturach.
- FEP, PFA, ETFE – bardziej elastyczne pochodne PTFE, lepiej przylegające i odporniejsze na ścieranie.
- Poliamid PA11 (Rilsan) – dobra elastyczność kriogeniczna, wytrzymałość mechaniczna, odporność na hydrolizę.
Powłoki te muszą być nakładane na odpowiednio przygotowaną powierzchnię – zwykle piaskowaną i odtłuszczoną. Następnie poddaje się je polimeryzacji cieplnej, aby zapewnić trwałe związanie z podłożem.
Gdzie wykorzystuje się powłoki kriogeniczne?
- Zbiorniki LNG i LPG – zarówno stacjonarne, jak i transportowe.
- Instalacje kriogeniczne – rurociągi, zawory, złącza, aparatura pomiarowa.
- Przemysł farmaceutyczny i medyczny – krioprezerwacja, sprzęt laboratoryjny.
- Przemysł spożywczy – zamrażanie szokowe, przechowywanie ciekłego azotu.
- Technologia kosmiczna i wojskowa – systemy paliwowe i sensory w niskich temperaturach.
Kluczowe cechy dobrych powłok kriogenicznych
- Trwałość mechaniczna mimo ekstremalnych warunków pracy,
- Elastyczność nawet w temperaturach poniżej -200°C,
- Zdolność do odprowadzania kondensatu i niska adhezja lodu,
- Odporność chemiczna na gazy techniczne i czynniki kriogeniczne,
- Stabilność wymiarowa – brak deformacji przy skurczu cieplnym.
Podsumowanie
Kriogenika to jedna z najtrudniejszych dziedzin technicznych, gdzie nie ma miejsca na kompromisy materiałowe. Powłoki stosowane w tych warunkach muszą działać jak tarcza ochronna – niewidoczna, ale absolutnie niezawodna. Ich dobór nie może być przypadkowy. Liczy się każdy parametr: od elastyczności po odporność na ścieranie i przyczepność w ekstremalnym chłodzie.
