Vienas iš nuolatinių mechaninių iššūkių PTFE panardinamojo šildytuvo viduje yra neatitikimas, kiek plastikinis apvalkalas ir vidinė metalinė šerdis išsiplečia kaitinant. Grynas PTFE plečiasi beveik kaip koncertas, o viduje esantis nerūdijančio plieno{1}}atraminis strypas keičia matmenis daug lėčiau. Šis nuolatinis nesutarimas šildymo ir vėsinimo ciklų metu tampa pagrindiniu vidinio streso šaltiniu. Palyginti paprastas medžiagos modifikavimas, -į PTFE pridedant sustiprinančių užpildų, pvz., stiklo pluošto,-gali sumažinti plėtimosi neatitikimą ir sukurti mechaniškai stabilesnį šildytuvo mazgą.
Diskusijoje aplinkužpildytas ir neužpildytas PTFE CTE šildytuvo apvalkalasnašumą, palyginimas dažnai sutelkiamas į vieną kritinę savybę: šiluminio plėtimosi koeficientą (CTE). Tai, kaip kiekviena medžiaga reaguoja į temperatūros pokyčius, turi tiesioginės įtakos nuovargiui, matmenų stabilumui ir ilgalaikiam -šildytuvo patikimumui.
Kodėl šiluminis plėtimasis svarbus PTFE šildytuvo apvalkaluose
PTFE šildytuvo apvalkalas veikia nepertraukiamu terminiu ciklu. Kai kaitinimo elementas įjungiamas ir nuolat vėsta, tiek fluoropolimero apvalkalas, tiek vidinė metalinė šerdis išsiplečia ir susitraukia. Problemos kyla dėl to, kad šios medžiagos juda ne tokiu pačiu greičiu.
Grynas, neužpildytas PTFE daugeliu darbo sąlygų CTE paprastai yra beveik 120 milijonų dalių vienam Celsijaus laipsniui. Nerūdijančio plieno, dažniausiai naudojamo kaip vidinė atrama arba laidžioji šerdis, CTE yra arčiau 17 milijonų dalių vienam Celsijaus laipsniui. Skirtumas yra esminis.
Todėl kiekvienas terminis ciklas sukuria šlyties jėgas PTFE ir metalo sąsajoje. Laikui bėgant šios jėgos gali prisidėti prie:
Vidinis įtrūkimas
Delaminacija
Balinimas nuo streso
Mechaninis nuovargis
Sandarinimo degradacija netoli galų
Praktiškai neatitikimas elgiasi beveik taip, kaip dvi sujungtos medžiagos traukiasi viena į kitą kiekvieną kartą, kai pasikeičia temperatūra.
Kaip užpildai keičia PTFE plėtimosi elgesį
Sustiprinančių užpildų pridėjimas iš esmės keičia PTFE mechaninį elgesį. Stiklo pluoštas yra viena iš labiausiai paplitusių užpildų, naudojamų pramoniniuose PTFE junginiuose, skirtuose konstrukcijų atramoms.
Stiklo pluoštai plastiko viduje veikia kaip maži, standūs kaulai, neleidžiantys jam per daug išsiplėsti kaitinant. Užuot leisti PTFE matricai laisvai judėti visomis kryptimis, užpildų tinklas riboja matmenų augimą ir sumažina šiluminę įtampą.
Stiklo -užpildytas PTFE junginys, kuriame yra maždaug 15–25 % stiklo pluošto, gali sumažinti CTE iki maždaug 70–80 milijonų dalių vienam Celsijaus laipsniui. Nors ši vertė vis dar viršija nerūdijančio plieno vertę, tarpas tampa daug mažesnis nei naudojant grynąjį PTFE.
Šis glaudesnis terminis atitikimas suteikia keletą mechaninių pranašumų:
Mažesnis sąsajos šlyties įtempis
Sumažėjęs ciklinis nuovargis
Pagerintas matmenų stabilumas
Geresnis atsparumas šliaužimo deformacijai
Ilgesnis tarnavimo laikas kartojant šildymo ciklus
Rezultatas – pagerinta mechaninė harmonija tarp polimero apvalkalo ir metalinio pagrindo.
Ne{0}}tiesinis PTFE terminio plėtimosi pobūdis
Lyginant užpildytas ir neužpildytas rūšis dažnai nepaisoma svarbios techninės detalės: PTFE nesiplečia tiesiog tiesiškai.
PTFE CTE labai{0}}priklauso nuo temperatūros ir ne{1}}tiesinis. Išsiplėtimo greitis gali labai pasislinkti skirtinguose veikimo diapazonuose, ypač arti kristalinių pereinamųjų sričių polimero struktūroje. Tai reiškia, kad paskelbtos CTE vertės turėtų būti traktuojamos kaip apytikslės inžinerinės nuorodos, o ne absoliučios konstantos.
Naudojant šildytuvus aukštoje{0}}temperatūroje, faktinis matmenų judėjimas gali skirtis atsižvelgiant į:
Šildymo greitis
Kristališkumas
Užpildo orientacija
Mechaninis suvaržymas
Šiluminė istorija
Apdorojimo sąlygos
Užpildyti PTFE junginiai taip pat pasižymi labiau anizotropiniu elgesiu, nes patys pluoštai gali susilyginti ekstruzijos ar liejimo metu. Todėl išsiplėtimas gali šiek tiek skirtis priklausomai nuo komponento krypties.
Mechaninė nauda važiuojant terminiu dviračiu
Praktinė sumažinto CTE vertė labiausiai matoma ilgalaikio -terminio ciklo metu.
Neužpildytame PTFE apvalkale pasikartojantis išsiplėtimas ir susitraukimas gali palaipsniui išvarginti polimero{0}}metalinę sąsają. Maži vidiniai įtempiai susikaupia per tūkstančius ciklų, ypač panardinamuose šildytuvuose, kurie dažnai koreguojami proceso valdymo metu.
Užpildyta klasė sumažina šio mechaninio judėjimo amplitudę. Kadangi polimeras plečiasi mažiau agresyviai, vidinė metalinė šerdis patiria mažesnį santykinį poslinkį. Taip pat sumažėja įtempių koncentracija šalia posūkių, suvirinimo siūlių ir sandarių galų.
Praktiškai tai dažnai reiškia:
Pagerintas struktūrinis stabilumas
Užpildytas PTFE efektyviau išlaiko formą aukštesnėje temperatūroje. Nulenkimas, deformacija ir šalto srauto deformacijos{1}} tampa ne tokios stiprios.
Sumažėjęs nuovargio įtrūkimas
Mažesnė ciklinė deformacija gali sumažinti mikroskopinio plyšio atsiradimo polimerinėje matricoje tikimybę.
Geresnis ilgo šildytuvo geometrijos palaikymas
Ilgiems panardinamiesiems šildytuvams ir mechaniškai neparemtoms sekcijoms yra naudingas didesnis standumas, kurį suteikia stiklo sutvirtinimas.
Užpildyto PTFE{0}}kompensacijos
Nors mechaniniai patobulinimai yra reikšmingi, užpildų naudojimas sukelia kompromisus, kuriuos reikia atidžiai apsvarstyti.
Palyginimas tarpužpildytas ir neužpildytas PTFE CTE šildytuvo apvalkalasmedžiagos yra ne tik klausimas, kuris variantas apskritai yra geresnis. Vietoj to, pasirinkimas labai priklauso nuo cheminio poveikio, švaros reikalavimų ir mechaninių reikalavimų.
Sumažintas lankstumas
Užpildytas PTFE yra pastebimai standesnis nei grynas PTFE. Atsparumas lenkimui didėja, bet lankstumas mažėja. Tais atvejais, kai reikalingas pakartotinis lankstymas arba sudėtingas formavimas, šis standumas gali tapti nepageidautinas.
Šiurkštesnė paviršiaus tekstūra
„Virgin PTFE“ vertinamas dėl itin lygaus, nepridegančio{0}}paviršiaus. Stiklo -užpildyti junginiai paprastai būna šiek tiek šiurkštesni, nes užpildo dalelės pertraukia ištisinį polimero paviršių.
Tai gali sumažinti:
Nelipnus{0}}našumas
Paviršiaus tepimas
Lengvas užteršimo pašalinimas
Mažesnis cheminis atsparumas
Vienas iš svarbiausių apribojimų yra atsparumas korozijai. „Virgin PTFE“ pasižymi beveik-universaliu cheminiu inertiškumu, nes fluoropolimero matrica išlieka vientisa ir chemiškai gryna.
Stiklo{0}}užpildytos markės paaukoja dalį šios apsaugos. Jei agresyvios cheminės medžiagos prasiskverbia į paviršių arba atakuoja atviras užpildo sritis, vietinis skilimas gali įvykti greičiau.
Dėl šios priežasties stiklu{0}}užpildytas PTFE dažniausiai naudojamas:
Šaltosios zonos
Struktūrinės atramos
Suspaudimo nariai
Mechaninės armatūros sekcijos
Medžiaga paprastai vengiama kaip pagrindinis įkaitęs cheminis barjeras labai korozinėje panardinamojo šildytuvo aplinkoje.
Kur dažniausiai naudojamas užpildytas PTFE
Pramoninių šildytuvų projektuotojai užpildytą PTFE dažnai naudoja pasirinktinai, o ne visuotinai.
Dažnai pirmenybė teikiama hibridiniam statybos metodui:
Virgin PTFE apsaugo pirminę sudrėkintą šildymo zoną
Užpildytas PTFE sustiprina mechaniškai įtemptas dalis
Konstrukciniuose regionuose naudojami stiklu užpildyti mišiniai{0}}, kad būtų užtikrintas standumas ir atsparumas nuovargiui
Ši strategija leidžia išlikti nepakitusiam gryno PTFE cheminiam grynumui ten, kur korozijos poveikis yra didžiausias, tuo pačiu išlaikant sustiprintos medžiagos matmenų stabilumą mažiau chemiškai agresyviose srityse.
Medžiagos pasirinkimo svarstymai
Sprendimas tarp užpildyto ir neužpildyto PTFE priklauso nuo kelių konkuruojančių reikalavimų suderinimo.
Virgin PTFE dažnai teikiama pirmenybė, kai:
Reikalingas didžiausias cheminis atsparumas
Būtinas itin{0}}švarus apdorojimas
Lygūs nepridegantys{0} paviršiai yra labai svarbūs
Lankstumas yra naudingas
Stiklo{0}}užpildytas PTFE dažnai pirmenybė teikiama, kai:
Svarbus mechaninis tvirtumas
Šiluminis dviratis yra sunkus
Būtinas struktūrinis stabilumas
Nuovargio mažinimas yra prioritetas
Darbo aplinka galiausiai lemia, ar cheminėms savybėms ar mechaniniam patvarumui teikiamas didesnis prioritetas.
Išvada
PTFE ir nerūdijančio plieno šiluminio plėtimosi skirtumas išlieka vienu iš pagrindinių mechaninių iššūkių panardinamojo šildytuvo mazguose. „Virgin PTFE“ smarkiai plečiasi, palyginti su metaline šerdimi, sukurdamas didelį vidinį įtempį pakartotinio terminio ciklo metu.
Įdėjus armuojančius užpildus, tokius kaip stiklo pluoštas, PTFE CTE galima žymiai sumažinti, todėl polimero plėtimosi elgsena priartėja prie vidinės metalinės konstrukcijos. Dėl to sumažėjęs šlyties įtempis gali pagerinti nuovargio naudojimo trukmę, matmenų stabilumą ir ilgalaikį mechaninį patikimumą.
Kartu šis patobulinimas susijęs su{0}}kompromisais, susijusiais su lankstumu, paviršiaus lygumu ir atsparumu cheminėms medžiagoms. Todėl užpildytas PTFE yra apgalvotas inžinerinis kompromisas, o ne visuotinis atnaujinimas. Nedidelis cheminio grynumo ir minkštumo kiekis pakeičiamas į didesnę mechaninę harmoniją su metaline šerdimi, todėl modifikuojant patį plastiką galima pagerinti vidinį šildytuvo mechaninį tarnavimo laiką.
