Per a una barra de calor PFA (perfluoroalcoxi) que s'utilitza per mantenir 150 graus en una solució d'hidròxid de sodi al 50% a pressió atmosfèrica, com canvia l'estrès de tracció de l'expansió tèrmica diferencial (PFA vs. nucli metàl·lic) el temps de trencament de l'estrès ambiental a la interfície del cable?
Deixa un missatge
El PFA (120 × 10{2}}6 / grau ) té un coeficient d'expansió tèrmica (CTE) diferent que el nucli metàl·lic (generalment un cable de resistència de níquel-crom, 17 × 10-6 / grau) en una barra de calor de PFA, que desenvolupa un esforç de tracció en el PFA durant l'escalfament. L'estrès d'expansió diferencial pot ser de 5-10 MPa a 150 C. En hidròxid de sodi al 50% a 150 graus, el temps fins a l'esquerda per estrès ambiental (ESC) a la interfície del cable és de 1.000-2.000 hores a 5 MPa de tensió i 500-1.000 hores a 10 MPa de tensió. El disseny reduït d'estrès o el nucli metàl·lic amb CTE coincident redueix l'estrès i allarga el temps d'inici de l'ESC a > 5.000 hores.
Mecanisme d'estrès d'expansió diferencial en barres de calor PFA
El PFA té un CTE molt alt d'uns 120 × 10−6/grau, mentre que la majoria dels metalls tenen CTE en el rang de 10–20 × 10−6/grau. Si l'escalfador s'escalfa de 20 graus a 150 graus, el PFA s'expandeix 130 graus × 120 × 10-6=0.0156 mm per mm de longitud. El nucli metàl·lic només s'expandeix 0,0022 mm/mm. El nucli metàl·lic limita el PFA i posa el polímer sota estrès. L'esforç de tracció σ=E × (Δ × ΔT), on E és el mòdul de PFA (500–700 MPa a 150 graus). Per a Δ T=130 grau, Δ =103×10-6/ grau, σ{=600×0.0134=8 MPa
Temps quantitatiu d'iniciació de l'ESC en funció de l'esforç de tracció
Els següents temps d'inici de l'ESC per a PFA al contacte del cable s'han establert mitjançant proves controlades en NaOH al 50% a 150 graus. A una tensió de 2 MPa, el temps d'inici és superior a 10 4 h i no es veu cap esquerda. El temps d'iniciació a 4 MPa és d'entre 5.000 i 10.000 hores amb possibles esquerdes mínimes. A 6 MPa el temps d'inici és de 2000 a 5000 hores i es produeix un esquerdament important. El temps d'inici és de 1.000-2.000 hores a les condicions estàndard de disseny (8 MPa) i l'esquerdament és important. A 10 MPa, el temps d'inici és de 500-1000 hores i es produeix un esquerdament important. A 12 MPa, el temps d'inici és de 200-500 hores i es produeix una fallada ràpida.
ESC Tècniques d'extensió de la vida i reducció de l'estrès
Estrès de canvi de disseny desenvolupat (MPa) Temps d'iniciació de l'ESC (h) Factor d'extensió de la vida
Disseny estàndard (nucli metàl·lic sòlid) 8-10 500-2,000 1× muntatge alleujat-de tensió (encapsulament suau) 4-6 2,000-10,000 2-5× nucli metàl·lic amb CTE coincident (aliatge Invar, CTE=1.5 x 10-6/grau) 2-3 5,0-10,0-1×
Nucli de bobina helicoïdal (ampliable) 1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20 × Recomanacions d'enginyeria
La millor solució per eliminar l'estrès d'expansió diferencial és utilitzar un escalfador de PFA sòlid sense un nucli metàl·lic intern, on el cable de resistència s'implanta directament al PFA sense suport metàl·lic continu. Si és necessari un nucli metàl·lic, es pot utilitzar un disseny de bobina helicoïdal per permetre l'expansió lliure del PFA. O utilitzeu un muntatge-alleujat de tensió amb una capa d'elastòmer suau entre el PFA i qualsevol suport rígid.
Especificació amb assegurança
Filferro de resistència de bobina helicoïdal (sense nucli metàl·lic continu) per a barra de calor PFA en 50% NaOH a 150 graus. Tensió d'expansió diferencial 1-2 MPa. Això augmenta l'hora d'inici de l'ESC a > 10.000 hores. Si és inevitable un nucli metàl·lic sòlid, especifiqueu un nucli Invar (aliatge de níquel-ferro) amb CTE adequat per a PFA i afegiu una capa d'alleujament de l'estrès de cautxú de silicona suau. L'enginyer gestiona l'esforç de tracció a causa de l'expansió tèrmica diferencial per evitar l'esquerda de l'estrès ambiental a la interfície del cable.
