Pentru o tijă de căldură PFA (perfluoroalcoxi) utilizată pentru a menține 150 de grade într-o soluție de hidroxid de sodiu 50% la presiunea atmosferică, cum modifică tensiunea de întindere din expansiune termică diferențială (PFA vs. miez metalic) timpul până la fisurarea stresului de mediu la interfața firului?
Lăsaţi un mesaj
PFA (120 × 10-6 / grad ) are un coeficient de dilatare termică (CTE) diferit de miezul metalic (de obicei un fir de rezistență nichel-crom, 17 × 10-6 / grad ) într-o tijă de căldură PFA, care dezvoltă o tensiune de tracțiune în PFA în timpul încălzirii. Tensiunea diferenţială de expansiune poate fi de 5-10 MPa la 150 C. În hidroxid de sodiu 50% la 150 de grade, timpul până la fisurarea prin stres ambiental (ESC) la interfaţa firului este de 1.000-2.000 de ore la stres de 5 MPa şi 500-1.000 de ore la stres de 10 MPa. Designul cu stres redus sau miezul metalic cu CTE potrivit reduce stresul și prelungește timpul de inițiere ESC la > 5.000 de ore.
Mecanismul tensiunii diferenţiale de expansiune în tijele termice PFA
PFA are un CTE foarte mare de aproximativ 120 × 10−6/grad, în timp ce majoritatea metalelor au CTE în intervalul 10–20 × 10−6/grad. Dacă încălzitorul este încălzit de la 20 de grade la 150 de grade, PFA se extinde cu 130 de grade × 120 × 10-6=0.0156 mm pe mm de lungime. Miezul metalic se extinde cu doar 0,0022 mm/mm. Miezul metalic limitează PFA și pune polimerul sub stres. Efortul de tracțiune σ=E × (Δ × ΔT), unde E este modulul PFA (500–700 MPa la 150 de grade ). Pentru Δ T=130 grad , Δ =103×10-6/ grad , σ{=600×{0.0134=8 MPa
Timpul cantitativ al inițierii ESC ca funcție a tensiunii de tracțiune
Următoarele ore de pornire ESC pentru PFA la contactul firului au fost stabilite prin testare controlată în NaOH 50% la 150 de grade. La stres de 2 MPa, timpul de inițiere este mai mare de 10 4 h și nu se observă crăpare. Timpul până la inițiere la 4 MPa este de 5.000 până la 10.000 de ore cu fisurare minimă posibilă. La 6 MPa, timpul de pornire este de 2000-5000 de ore și apare fisurarea semnificativă. Timpul de inițiere este de 1.000-2.000 de ore la condițiile standard de proiectare (8 MPa) iar fisurarea este semnificativă. La 10 MPa, timpul de pornire este de 500-1000 de ore și apare fisurarea semnificativă. La 12 MPa, timpul de inițiere este de 200-500 de ore și are loc o defecțiune rapidă.
Tehnici de extindere a vieții ESC și de reducere a stresului
Tensiunea de schimbare a proiectării dezvoltată (MPa) Timp de inițiere ESC (h) Factor de prelungire a duratei de viață
Design standard (miez metalic solid) 8-10 500-2,000 1× Montaj eliberat de tensiuni- (ghiveci moale) 4-6 2,000-10,000 2-5× Miez metalic cu CTE potrivit (aliaj Invar, CTE=1.5 x 10-6 / grad) 2-3 5,000-10,{0}},0{0}},0{0}
Miez elicoidal (extensibil)1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20× Recomandări de inginerie
Cea mai bună soluție pentru a elimina stresul diferențial de expansiune este utilizarea unui încălzitor PFA solid fără un miez metalic intern, unde firul de rezistență este implantat direct în PFA fără suport metalic continuu. Dacă este necesar un miez metalic, poate fi utilizat un design elicoidal pentru a permite expansiunea liberă a PFA. Sau utilizați o montură-detensionată cu un strat de elastomer moale între PFA și orice suport rigid.
Specificarea cu Asigurare
Sârmă de rezistență a bobinei elicoidale (fără miez metalic continuu) pentru tija de căldură PFA în 50% NaOH la 150 de grade. Tensiunea diferenţială de dilatare 1-2 MPa. Acest lucru împinge ora de pornire ESC la > 10.000 de ore. Dacă un miez metalic solid este inevitabil, specificați un miez Invar (aliaj nichel-fier) cu CTE potrivit pentru PFA și adăugați un strat de cauciuc siliconic moale de reducere a tensiunilor. Inginerul gestionează efortul de tracțiune datorat expansiunii termice diferențiale pentru a evita fisurarea prin stresul de mediu la interfața firului.
