Za PFA (perfluoroalkoksi) toplinsku šipku koja se koristi za održavanje 150 stupnjeva u 50% otopini natrijevog hidroksida pri atmosferskom tlaku, kako vlačno naprezanje od diferencijalnog toplinskog širenja (PFA u odnosu na metalnu jezgru) mijenja vrijeme do pucanja pod utjecajem okoliša na sučelju žice?

PFA (120 × 10{2}}6 / stupanj ) ima drugačiji koeficijent toplinskog širenja (CTE) od metalne jezgre (obično otporna žica nikal-krom, 17 × 10-6 / stupanj ) u PFA toplinskom štapu, koji razvija vlačno naprezanje u PFA tijekom zagrijavanja. Diferencijalno naprezanje širenja može biti 5-10 MPa na 150 C. U 50% natrijevom hidroksidu na 150 stupnjeva vrijeme do pucanja uzrokovanog okolišnim naprezanjem (ESC) na sučelju žice je 1000-2000 sati pri naprezanju od 5 MPa i 500-1000 sati na naprezanju od 10 MPa. Dizajn koji smanjuje stres ili metalna jezgra s odgovarajućim CTE smanjuje stres i produljuje vrijeme pokretanja ESC na > 5000 sati.

Mehanizam diferencijalnog naprezanja širenja u PFA toplinskim šipkama

PFA ima vrlo visok KTŠ od oko 120 × 10-6/ stupnju, dok većina metala ima KTŠ u rasponu od 10-20 × 10-6/ stupnju. Ako se grijač zagrije od 20 stupnjeva do 150 stupnjeva, PFA se širi 130 stupnjeva × 120 × 10-6=0.0156 mm po mm duljine. Metalna jezgra se širi samo 0,0022 mm/mm. Metalna jezgra ograničava PFA i stavlja polimer pod stres. Vlačno naprezanje σ=E × (Δ × ΔT), gdje je E modul PFA (500–700 MPa na 150 stupnjeva). Za Δ T=130 stupanj, Δ =103×10-6/ stupanj, σ=600×0.0134=8 MPa

Kvantitativno vrijeme inicijacije ESC kao funkcija vlačnog naprezanja

Sljedeća vremena početka ESC za PFA na kontaktu žice utvrđena su kontroliranim ispitivanjem u 50% NaOH na 150 stupnjeva. Pri naprezanju od 2 MPa vrijeme inicijacije je više od 10 4 h i ne vide se pukotine. Vrijeme do inicijacije pri 4 MPa je 5.000 do 10.000 sati s minimalnim mogućim pucanjem. Pri 6 MPa vrijeme početka je 2000-5000 sati i dolazi do značajnog pucanja. Vrijeme inicijacije je 1.000-2.000 sati pri standardnim projektnim uvjetima (8 MPa), a pucanje je značajno. Pri 10 MPa vrijeme početka je 500-1000 sati i dolazi do značajnog pucanja. Pri 12 MPa, vrijeme inicijacije je 200-500 sati i dolazi do brzog kvara.

ESC tehnike produljenja života i smanjenja stresa

Promjena dizajna Razvijeno naprezanje (MPa) ESC vrijeme inicijacije (hr) Faktor produljenja životnog vijeka
Standardni dizajn (puna metalna jezgra) 8-10 500-2,000 1× Montaža-oslobođena od naprezanja (meko zatvaranje) 4-6 2,000-10,000 2-5× Metalna jezgra s odgovarajućim CTE (invar legura, CTE=1.5 x 10-6 / stupanj ) 2-3 5,000-15,000 5-10×
Spiralna jezgra zavojnice (proširiva)1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20× inženjerske preporuke

Najbolje rješenje za uklanjanje diferencijalnog naprezanja ekspanzije je korištenje čvrstog PFA grijača bez unutarnje metalne jezgre, gdje se otporna žica implantira izravno u PFA bez kontinuirane metalne potpore. Ako je potrebna metalna jezgra, može se upotrijebiti dizajn spiralne zavojnice kako bi se omogućilo slobodno širenje PFA. Ili upotrijebite -nosač s mekim elastomernim slojem između PFA i svih krutih nosača.

Određivanje s jamstvom

Otporna žica spiralne zavojnice (bez kontinuirane metalne jezgre) za PFA toplinsku šipku u 50% NaOH na 150 stupnjeva. Diferencijalno naprezanje širenja 1-2 MPa. Ovo gura vrijeme početka ESC-a na > 10 000 sati. Ako je čvrsta metalna jezgra neizbježna, odredite Invar jezgru (legura nikal-željezo) s CTE-om koji odgovara PFA i dodajte sloj za ublažavanje naprezanja od meke silikonske gume. Inženjer upravlja vlačnim naprezanjem zbog diferencijalnog toplinskog širenja kako bi izbjegao pucanje na sučelju žice pod utjecajem okolišnog naprezanja.