Egy 50%-os nátrium-hidroxid oldatban atmoszférikus nyomáson 150 fokos hőmérséklet fenntartására használt PFA (perfluoralkoxi) hőrúd esetében hogyan változtatja meg a differenciális hőtágulásból származó húzófeszültség (PFA vs. fémmag) a vezetékfelületen a környezeti feszültségrepedésig eltelt időt?
Hagyjon üzenetet
A PFA (120 × 10-6/fok) eltérő hőtágulási együtthatóval (CTE) rendelkezik, mint a fémmag (általában nikkel-króm ellenálláshuzal, 17 × 10-6/fok) egy PFA hőrúdban, amely húzófeszültséget fejleszt ki a PFA-ban melegítés közben. A differenciális tágulási feszültség 5-10 MPa lehet 150 C-on. 50%-os nátrium-hidroxidban 150 fokon a környezeti feszültségrepedés (ESC) ideje a vezeték határfelületén 1000-2000 óra 5 MPa feszültség mellett és 500-1000 óra 10 MPa feszültség mellett. Feszültségmentesített kialakítás vagy fém mag a hozzáillő CTE-vel csökkenti a feszültséget és meghosszabbítja az ESC beindítási idejét >5000 órára.
A differenciális tágulási feszültség mechanizmusa PFA hőrudakban
A PFA CTE-je nagyon magas, körülbelül 120 × 10-6/fok, míg a legtöbb fém CTE-je 10-20 × 10-6/fok között van. Ha a fűtőtestet 20 fokról 150 fokra melegítik, a PFA hossz mm-enként 130° × 120 × 10-6=0.0156 mm-rel tágul. A fém mag mindössze 0,0022 mm/mm-t tágul. A fém mag korlátozza a PFA-t, és feszültség alá helyezi a polimert. A húzófeszültség σ=E × (Δ × ΔT), ahol E a PFA modulusa (500–700 MPa 150 fokon). Δ T=130 fok esetén Δ =103×10-6/ fok, σ=600×0.0134=8 MPa
Az ESC iniciáció kvantitatív ideje a húzófeszültség függvényében
A következő ESC kezdési időket a PFA-hoz a vezeték érintkezőjénél 50%-os NaOH-ban, 150 fokon végzett ellenőrzött teszteléssel határoztuk meg. 2 MPa feszültségnél az iniciálási idő több mint 10 4 óra, és nem látható repedés. Az iniciálási idő 4 MPa-nál 5000-10 000 óra minimális repedés lehetséges. 6 MPa-nál az indítási idő 2000-5000 óra, és jelentős repedés lép fel. Az indítási idő szabványos tervezési feltételek mellett (8 MPa) 1000-2000 óra, a repedés jelentős. 10 MPa-nál az indítási idő 500-1000 óra és jelentős repedés lép fel. 12 MPa-nál az indítási idő 200-500 óra, és gyors meghibásodás következik be.
ESC élethosszabbító és stresszcsökkentési technikák
Tervezési változás Fejlesztett feszültség (MPa) ESC kezdeti idő (óra) Élethosszabbítási tényező
Szabványos kivitel (tömör fémmag) 8-10 500-2,000 1× Feszültségmentesített-feszességmentesített rögzítés (lágy burkolat) 4-6 2,000-10,000 2-5× Fémmag hozzáillő CTE-vel (Invar ötvözet, CTE=1.5 x 10-6 / fok)8-10 500-2 x 10-6 / fok
Helikális tekercsmag (bővíthető) 1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20× Mérnöki ajánlások
A differenciális tágulási feszültség eltávolítására a legjobb megoldás egy szilárd, belső fémmag nélküli PFA fűtőelem alkalmazása, ahol az ellenálláshuzalt közvetlenül a PFA-ba ültetik be folyamatos fémtámasz nélkül. Ha fémmagra van szükség, spirális tekercs kialakítás használható a PFA szabad tágulásához. Vagy használjon feszültségmentesített -tartót puha elasztomer réteggel a PFA és a merev támaszok között.
Megadás Garanciával
Helikális tekercsellenállás huzal (nincs folytonos fémmag) PFA hőrúdhoz 50% NaOH-ban 150 fokon. Differenciális tágulási feszültség 1-2 MPa. Ezzel az ESC indítási ideje > 10 000 óra. Ha a tömör fémmag elkerülhetetlen, akkor adjon meg egy Invar magot (nikkel-vas ötvözet) PFA-val megfelelő CTE-vel, és adjon hozzá egy puha szilikongumi feszültségmentesítő réteget. A mérnök kezeli a differenciális hőtágulásból adódó húzófeszültséget, hogy elkerülje a környezeti feszültségrepedéseket a vezeték határfelületén.
