Nosači za PFA grijač-koji se koriste za postavljanje grijača u rezervoare ili za držanje pomoćne opreme-povremeno podnose trajna mehanička opterećenja na povišenim temperaturama. Na 180 stepeni (blizu PFA-ove granice kontinuirane upotrebe od 200 stepeni), ruptura puzanja postaje dominantan način kvara za opterećene nosače. Za nosač opterećen na 5 MPa (tipično za grijač od 10 kg koji visi sa nosača poprečnog presjeka od 50 mm²), realan vijek trajanja puzanja je 500-2.000 sati, ovisno o PFA stepenu, kristalnosti i kvalitetu proizvodnje. To je daleko kraće od uobičajenog radnog vijeka grijača (10.000-30.000 sati). Stoga, PFA konzole ne bi trebalo koristiti za trajna opterećenja iznad 2 MPa na 180 stepeni. Za opterećenja iznad 2 MPa, koristite metalne nosače sa PFA premazom ili zasebne metalne nosače. Podaci o puzanju u nastavku pružaju smjernice za siguran dizajn.
Mehanizmi puzanja na 180 stepeni
Na 180 stepeni, PFA je iznad svog staklastog prelaza (Tg=-15 stepen), ali ispod tačke topljenja (305 stepeni). Polimer pokazuje viskoelastično puzanje: pod stalnim opterećenjem, on se kontinuirano deformiše. U fazi primarnog puzanja (prvih 0-100 sati), deformacija se povećava opadajućom brzinom. Kod sekundarnog puzanja (100-1000 sati), brzina deformacije je konstantna. U tercijarnom puzanju (preko 1.000 sati), deformacija se ubrzava kako se formiraju šupljine i efektivni poprečni-presjek se smanjuje, što dovodi do rupture. Za PFA nosač opterećen na 5 MPa na 180 stepeni, tipično vrijeme za postizanje tercijarnog puzanja je 200–500 sati; ruptura se javlja nakon 500-2.000 sati. Vek trajanja rupture prati Larson-Miller parametar: LMP=T × (C + log t), gdje je T temperatura (K), t vrijeme do pucanja (sati), a C je konstanta materijala (≈20 za PFA). Za dati LMP, viša temperatura eksponencijalno smanjuje vijek trajanja.
Kristaliničnost PFA snažno utiče na otpornost na puzanje. PFA visoke-kristalnosti (55–65%) ima 2–3 puta duži vijek puzanja od PFA niske{6}}kristalnosti (35–45%). Žareni nosači (nakon-žarenje na 200 stepeni u trajanju od 4 sata) također pokazuju duži vijek trajanja (vidi članak #41). Geometrija nosača je važna: oštri uglovi koncentrišu naprezanje i smanjuju životni vek za 50–80% u poređenju sa dizajnom radijusa.
Puzanje Rupture Život prema stresu i temperaturi
| Temperatura (stepen) | naprezanje (MPa) | PFA Grade | Kristalnost (%) | Trajni vijek trajanja (sati, tipično) | Failure Mode |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 2 | Standard | 45 | 8,000–15,000 | Prekomjerno skretanje (puzanje) |
| 180 | 3 | Standard | 45 | 3,000–6,000 | Puzanje rupture |
| 180 | 4 | Standard | 45 | 1,000–2,500 | Ruptura sa stvaranjem šupljina |
| 180 | 5 | Standard | 45 | 500–1,500 | Rapid rupture |
| 180 | 6 | Standard | 45 | 200–500 | Trenutni otklon, ruptura |
| 180 | 5 | Visoka{0}}kristalnost (žareno) | 60 | 1,200–2,500 | 2× život u odnosu na standard |
| 180 | 5 | Niska{0}}kristalnost (nežareno) | 38 | 300–800 | 50% životnog vijeka u odnosu na standard |
| 160 | 5 | Standard | 45 | 3,000–6,000 | Niža temperatura produžava život |
| 200 | 3 | Standard | 45 | 500–1,500 | Blizu gornje granice za PFA |
| 150 | 5 | Standard | 45 | 6,000–12,000 | Prihvatljivo za povremena opterećenja |
Preporuke za siguran dizajn
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long-term service (>5.000 sati). Izračunajte napon kao σ=F / A, gdje je F opterećenje (N), a A minimalna površina poprečnog -poprečnog presjeka konzole (mm²). Za opterećenje od 50 N (≈5 kg), potrebna površina A=F/σ=50 / 2=25 mm². Nosač sa poprečnim-presjekom od 5 mm × 5 mm (25 mm²) je minimum. Za opterećenje od 100 N (10 kg), minimalna površina je 50 mm² (7 mm × 7 mm). Ovo su minimalne veličine; veće zagrade pružaju sigurnosnu marginu.
Za opterećenja iznad 2 MPa na 180 stepeni, koristite metalni nosač (nerđajući čelik, titanijum ili Hastelloy) sa PFA premazom ili navlakom da biste sprečili hemijski napad. Metalni nosač nosi opterećenje; PFA pruža hemijsku otpornost. Alternativno, poduprite grijač odozgo (napetost) umjesto odozdo (kompresija) pomoću metalne šipke kroz sredinu grijača. PFA je jači na kompresiju nego na napetost; Životni vijek puzanja pri pritisku je 2–3 puta duži od vijeka puzanja pri zatezanju za isto naprezanje.
Za postojeće PFA nosače koji rade pod velikim naprezanjem, pregledajte jednom godišnje da li postoje deformacije. Izmjerite originalne dimenzije nosača i uporedite sa trenutnim. Trajni otklon veći od 2 mm ili bilo koja vidljiva pukotina zahtijeva trenutnu zamjenu. Ako se nosač deformirao, ali nije napukao, može nastaviti s radom, ali sa smanjenim kapacitetom. Za kritične primjene (grijač bi mogao pasti u spremnik), zamijenite deformirane nosače bez obzira na stanje pukotina.
Primjer polja
Hemijska fabrika je koristila PFA nosače za podršku grijača od 15 kg (opterećenje 150 N) na 180 stepeni. Poprečni presjek konzole- je bio 10 mm × 8 mm (80 mm²), dajući σ=150/80=1.9 MPa-u okviru sigurnog ograničenja. Nakon 18 mjeseci (≈13.000 sati), nosač je pokazao deformaciju od 3 mm, ali nije bilo pukotina. Grijač je još uvijek bio podržan. Za 2,5 godine (18.000 sati), otklon je dostigao 6 mm, a grijač je opušten. Nosač je zamijenjen tokom planiranog isključivanja. Nosač nije pokvario, ali je bio pri kraju svog životnog vijeka. Tvornica je revidirala svoj dizajn kako bi koristila metalne nosače za buduće instalacije, navodeći potrebu za neograničenim vijekom trajanja.
Zaključak: Ograničite napon PFA nosača na 2 MPa na 180 stepeni
Realan vijek trajanja puzanja potpornog nosača grijača PFA opterećenog na 5 MPa i 180 stepeni je samo 500–2.000 sati-nedovoljno za većinu industrijskih primjena. Za dugotrajnu uslugu (5,000+ sati), ograničite napon na 2 MPa. Za opterećenja iznad 2 MPa, koristite metalne nosače sa PFA premazom ili zasebne metalne nosače. Ako se moraju koristiti PFA zagrade, navedite visoku-kristalnost, žareni PFA, radijus svih uglova i svake godine pregledajte ima li ugiba. PFA je odličan materijal za hemijsku otpornost, ali loš materijal za dugotrajno-podnošenje opterećenja na visokoj temperaturi. Ne tražite od PFA da uradi ono što metal treba da uradi. Kada ste u nedoumici, koristite metal. Cijena grijača upada u spremnik i kratkog spoja na zid je daleko veća od cijene odgovarajućeg metalnog nosača. Konstruirajte držač za opterećenje, a ne zbog pogodnosti jednog-rješenja od jednog materijala.
