Какъв е реалистичният живот на разкъсване при пълзене на опорна скоба за нагревател PFA, натоварена при 5 MPa и 180 градуса?

Поддържащите скоби за нагреватели от PFA{0}}използвани за позициониране на нагреватели в резервоари или за задържане на спомагателно оборудване-могат да бъдат подложени на продължителни механични натоварвания при повишени температури. При 180 градуса (около ограничението за непрекъсната употреба на PFA от 200 градуса), разкъсването при пълзене е основният режим на повреда за натоварените скоби. За конзола, натоварена при 5 MPa (типично за нагревател от 10 kg, окачен на опора с напречно сечение 50 mm2), реалистичният живот на разкъсване при пълзене е 500–2000 часа, в зависимост от степента на PFA, кристалността и качеството на производство. Това е много по-кратко от нормалния живот на един нагревател (10 000 до 30 000 часа). Следователно скобите от PFA не трябва да се прилагат за продължителни напрежения над 2 MPa при 180 градуса. В случай на натоварвания над 2 MPa, използвайте отделно метални скоби с PFA покритие или метални опори. Следните данни за разкъсване при пълзене са ръководство за безопасно проектиране.

Механизми за разрушаване при пълзене при 180 o C
Tg=-15 степен ). PFA е над неговия встъклен преход, но под неговата точка на топене (305 градуса) при 180 градуса. Полимерът показва вискоеластично пълзене, т.е. постоянното натоварване води до непрекъсната деформация. В първичния стадий на пълзене (първоначални 0–100 h) напрежението нараства с намаляващо темпо. При вторично пълзене (100-1000 h) скоростта на деформация е постоянна. По време на третично пълзене (над 1000 часа) напрежението се ускорява, тъй като кухините се образуват и ефективното напречно-сечение намалява до разкъсване. Обичайното време за третично пълзене за PFA скоба, натоварена при 5 MPa при 180 градуса, е 200-500 часа; разкъсването става на 500-2000 часа. Животът на разрушаване се описва от параметъра на Larson-Miller: LMP=T x (C + log t), където T е температурата (K), t е времето за разрушаване (часове) и C е константа на материала (около 20 за PFA). За даден LMP животът пада драстично с температурата.

Кристалността на PFA има голям ефект върху устойчивостта на пълзене. PFA с висока-кристалност (55–65%) има 2–3 пъти по-дълъг живот при пълзене от PFA с ниска-кристалност (35–45%). По-дълъг живот (вижте член #41) се постига и при закалени скоби (след отгряване на формоване при 200 градуса за 4 часа). Геометрията на скобата е важна, острите ъгли концентрират напреженията и намаляват дълготрайността с 50-80% в сравнение с дизайните с радиус.

Живот при разкъсване на пълзене срещу стрес и температура
Температура (градус) Напрежение (MPa) Степен на кристалност на PFA (%) Живот на разкъсване (часове, типично) Режим на повреда 180 2 Стандартен 45 8,000-15 000 Прекомерна деформация (пълзене) 180 3 Стандартен 45 3,000-6 000 Разкъсване на пълзене 180 4 Стандартен 45 1,000-2500 Разкъсване с образуване на кухини 180 5 Стандартно 45 500-1,500 Бързо разкъсване 180 6 Стандартно 45 200-500 Незабавно отклонение, разкъсване 180 5 Висока кристалност (отгрята) 60 1,200-2,500 2× живот срещу стандарт 180 5 Ниска кристалност (неоткалена) 38 300-800 50% живот спрямо стандарт 160 5 Стандарт 45 3,000-6 000 По-ниската температура удължава живота 200 3 Стандарт 45 500-1,500 Близо до горната граница за PFA 150 5 Стандарт 45 6,000-12 000 Приемливо за прекъсване товари
Препоръки за проектиране на безопасност
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long term service (>5000 часа). Напрежение (σ)=F / A Където F=Натоварване (N) A=Минимална площ на напречното сечение на скобата (mm2) За натоварване от 50 N (≈5 kg), необходима площ A=F/σ=50 / 2=25 mm2. Минимумът е скоба с напречно-сечение от 5 mm x 5 mm (25 mm2). За товар от 100 N (10 kg) минималната площ е 50 mm2 (7 mm x 7 mm). Това са минимални размери, по-големите скоби осигуряват предпазен буфер.

За напрежения над 2 MPa при 180 градуса трябва да се използва метална скоба (от неръждаема стомана, титан или Hastelloy), покрита или покрита с PFA, за да се предотврати химическа атака. Металната скоба прави тежкото повдигане, PFA прави тежкото съпротивление. Или опънете нагревателя с метален прът през центъра отгоре, вместо да го поставите на компресия отдолу. PFA е по-силен при натиск, отколкото при опън. Животът при пълзене при натиск е 2-3 пъти по-голям от този при пълзене при опън за същото напрежение.

За съществуващи PFA скоби с високо напрежение, проверявайте всяка година за деформация. Запишете оригиналния размер на скобата и сравнете с настоящия. Видимо напукване и/или постоянна деформация, по-голяма от 2 мм, изисква бърза подмяна. Ако скобата е огъната, но не е счупена, тя все още може да работи, макар и с намален капацитет. Деформираните скоби могат да бъдат заменени, ако не са напукани за основни приложения (нагревателят може да падне в резервоара)

Пример за поле
Химическа компания използва PFA скоби, за да държи 15 kg нагревател (150 N натоварване) при 180 градуса. Напречното сечение на скобата беше 10 mm × 8 mm (80 mm2), осигурявайки σ=150/80=1.9 MPa-в рамките на безопасния диапазон. Скобата се деформира с 3 mm след 18 месеца (~13 000 часа) без открити пукнатини. Нагревателят все още беше подпрян. На 2,5 години (18 000 часа) деформацията беше 6 mm и нагревателят беше увиснал. Скобата беше сменена по време на планирано спиране. Скобата не е била счупена, но е изтекла полезният й живот. Фабриката промени дизайна си, за да използва метални скоби за бъдещи инсталации, позовавайки се на изискването за безкраен живот.

Заключения: Напрежението на скобата от PFA е ограничено до 2 MPa при 180 градуса
Реалистичният живот на разкъсване при пълзене на опорна скоба за нагревател PFA, натоварена при 5 MPa и 180 градуса, е само 500-2000 часа, което не е достатъчно за повечето индустриални приложения. За продължителна работа (5,000+ часа) ограничете напрежението до 2 MPa. Използвайте метални скоби с PFA покритие, ако натоварването е повече от 2 MPa или използвайте отделни метални опори. Ако се изискват скоби от PFA, посочете висока-кристалност, закален PFA, радиус на всички ъгли и проверявайте ежегодно за деформация. PFA е страхотен материал за химическа устойчивост, но лош материал за продължително натоварване при висока температура. Не искайте от PFA да прави това, което металът трябва да прави. Когато се съмнявате, използвайте метал. Разходите за падане на нагревател в резервоар и късо съединение в стената са много по-големи от цената на добра метална опорна скоба. Проектирайте скобата така, че да поддържа натоварването, а не да бъде удобство от един материал.