A PFA fűtőelemek tartókonzoljai-a fűtőelemek tartályokban való elhelyezésére vagy a segédberendezések tartására használtak,-esetenként tartós mechanikai terhelést viselnek meg magas hőmérsékleten. 180 fokos szögben (közel a PFA 200 fokos folyamatos használati határához) a kúszás szakadás válik a domináns meghibásodási módsá a terhelt konzolok esetében. Egy 5 MPa nyomással terhelt konzolnál (jellemzően egy 10 kg-os fűtőtestre, amely 50 mm²-es keresztmetszetű támasztól{9}}akasztható) a reális kúszási szakadási élettartam 500–2000 óra, a PFA minőségétől, kristályosságától és gyártási minőségétől függően. Ez jóval rövidebb, mint a fűtőberendezés átlagos élettartama (10 000–30 000 óra). Ezért a PFA konzolokat nem szabad 180 fokos 2 MPa feletti tartós terhelésekhez használni. 2 MPa feletti terhelés esetén használjon PFA-bevonatú fémkonzolokat vagy különálló fémtartókat. Az alábbi kúszási szakadási adatok útmutatást adnak a biztonságos tervezéshez.
Kúszástörési mechanizmusok 180 fokban
180 fokon a PFA üvegesedési átmenete felett van (Tg=-15 fok), de olvadáspontja alatt (305 fok). A polimer viszkoelasztikus kúszást mutat: állandó terhelés mellett folyamatosan deformálódik. Az elsődleges kúszási szakaszban (első 0-100 óra) a feszültség csökkenő ütemben növekszik. Másodlagos kúszásban (100–1000 óra) a nyúlási sebesség állandó. A harmadlagos kúszás során (1000 órán túl) a feszültség felgyorsul, ahogy üregek képződnek, és a tényleges keresztmetszet csökken, ami szakadáshoz vezet. Egy 5 MPa-on 180 fokon terhelt PFA konzolnál a harmadlagos kúszás elérésének átlagos ideje 200–500 óra; szakadás 500-2000 óránál következik be. A szakadási élettartam a Larson-Miller-paramétert követi: LMP=T × (C + log t), ahol T a hőmérséklet (K), t a szakadási idő (óra), C pedig egy anyagállandó (≈20 PFA esetén). Egy adott LMP esetében a magasabb hőmérséklet exponenciálisan csökkenti az élettartamot.
A PFA kristályossága erősen befolyásolja a kúszási ellenállást. A nagy-kristályosságú PFA (55–65%) 2–3-szor hosszabb kúszási élettartammal rendelkezik, mint az alacsony-kristályosságú PFA (35–45%). Az izzított konzolok (formázás utáni izzítás 200 fokon 4 órán keresztül) szintén hosszabb élettartamot mutatnak (lásd a 41. cikket). A konzol geometriája számít: az éles sarkok koncentrálják a feszültséget, és 50-80%-kal csökkentik az élettartamot a sugárzott kialakításokhoz képest.
Creep Rupture Life stressz és hőmérséklet hatására
| Hőmérséklet ( fok ) | Stressz (MPa) | PFA fokozat | Kristályosság (%) | Szakadási élettartam (óra, jellemző) | Hiba mód |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 2 | Standard | 45 | 8,000–15,000 | Túlzott elhajlás (kúszás) |
| 180 | 3 | Standard | 45 | 3,000–6,000 | Kúszószakadás |
| 180 | 4 | Standard | 45 | 1,000–2,500 | Szakadás üregképződéssel |
| 180 | 5 | Standard | 45 | 500–1,500 | Gyors szakadás |
| 180 | 6 | Standard | 45 | 200–500 | Azonnali kihajlás, szakadás |
| 180 | 5 | Magas{0}}kristályosság (hevített) | 60 | 1,200–2,500 | 2× élettartam vs |
| 180 | 5 | Alacsony-kristályosság (nem lágyított) | 38 | 300–800 | 50% élettartam a szabványhoz képest |
| 160 | 5 | Standard | 45 | 3,000–6,000 | Az alacsonyabb hőmérséklet meghosszabbítja az élettartamot |
| 200 | 3 | Standard | 45 | 500–1,500 | Közel a PFA felső határa |
| 150 | 5 | Standard | 45 | 6,000–12,000 | Elfogadható szakaszos terheléseknél |
Biztonságos tervezési ajánlások
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long-term service (>5000 óra). Számítsa ki a feszültséget a következőképpen: σ=F / A, ahol F a terhelés (N), A pedig a konzol legkisebb keresztmetszete - (mm²). 50 N terhelés (≈5 kg) esetén a szükséges terület A=F/σ=50 / 2=25 mm². Egy 5 mm × 5 mm (25 mm²) keresztmetszetű konzol a minimum. 100 N terhelés (10 kg) esetén a minimális terület 50 mm² (7 mm × 7 mm). Ezek minimális méretek; a nagyobb konzolok biztonsági ráhagyást biztosítanak.
2 MPa feletti terheléseknél 180 fokon, használjon fém tartót (rozsdamentes acél, titán vagy Hastelloy) PFA bevonattal vagy hüvelyrel a vegyi támadás megelőzése érdekében. A fém tartó hordozza a terhet; a PFA vegyszerállóságot biztosít. Alternatív megoldásként támassza alá a fűtőtestet felülről (feszítés), nem pedig alulról (kompresszió) egy fémrúd segítségével a fűtőelem közepén keresztül. A PFA erősebb kompresszióban, mint feszültségben; a nyomó kúszási élettartam 2-3-szor hosszabb, mint a húzó kúszási élettartam ugyanazon feszültség mellett.
A meglévő, nagy igénybevétellel működő PFA konzolok esetében évente ellenőrizze a deformációt. Mérje meg a konzol eredeti méreteit, és hasonlítsa össze az árammal. A 2 mm-t meghaladó tartós elhajlás vagy bármilyen látható repedés azonnali cserét igényel. Ha a tartó deformálódott, de nem repedt, akkor továbbra is működhet, de csökkentett kapacitással. Kritikus alkalmazások esetén (a fűtőelem beleeshet a tartályba), cserélje ki a deformált konzolokat, függetlenül a repedés állapotától.
Mezőpélda
Egy vegyi üzem PFA konzolokat használt egy 15 kg-os fűtőtest (150 N terhelés) 180 fokos támasztására. A konzol keresztmetszete-10 mm × 8 mm (80 mm²) volt, így a σ=150/80=1.9 MPa- a biztonságos határon belül van. 18 hónap (≈13 000 óra) elteltével a konzol 3 mm-es elhajlást mutatott, de nem repedt. A fűtőberendezés továbbra is alátámasztva volt. 2,5 évnél (18 000 óra) az elhajlás elérte a 6 mm-t, és a fűtőelem megereszkedett. A konzolt a tervezett leállás során cserélték ki. A konzol nem hibásodott meg, de hasznos élettartama vége felé járt. Az üzem a határozatlan élettartam szükségességére hivatkozva módosította a tervét, hogy a jövőbeni telepítésekhez fémkonzolokat használjon.
Következtetés: Korlátozza a PFA konzol feszültségét 2 MPa-ra 180 fokban
Az 5 MPa-on és 180 fokos szögben terhelt PFA fűtőelem tartókonzol reális kúszási élettartama mindössze 500–2000 óra{5}}a legtöbb ipari alkalmazáshoz nem elegendő. Hosszú távú szolgáltatás esetén (5,000+ óra) korlátozza a feszültséget 2 MPa-ra. 2 MPa feletti terhelés esetén használjon PFA-bevonatú fémkonzolokat vagy különálló fémtartókat. Ha PFA zárójeleket kell használni, adja meg a nagy-kristályosságot, a lágyított PFA-t, az összes sarok sugarát, és évente ellenőrizze az elhajlást. A PFA kiváló anyag a vegyszerállósághoz, de rossz anyag a tartós terheléshez{16}}magas hőmérsékleten. Ne kérje a PFA-t arra, amit a fémnek meg kell tennie. Ha kétségei vannak, használjon fémet. A tartályba esés és a falnak rövidre zárt fűtőberendezés ára sokkal magasabb, mint egy megfelelő fém tartókonzol költsége. A konzolt a rakományhoz tervezze, ne az egyetlen-anyagmegoldás kényelmét szolgálja.
