PFA-lämmittimen tukikannattimet-käytetään lämmittimien sijoittamiseen säiliöihin tai apulaitteiden kiinnittämiseen-, jotka kestävät toisinaan jatkuvaa mekaanista kuormitusta korkeissa lämpötiloissa. 180 asteen kulmassa (lähes PFA:n jatkuvan käytön rajaa 200 astetta) virumisrepeämisestä tulee hallitseva vikatila kuormitetuissa kiinnikkeissä. 5 MPa:lla kuormitetulla kannakkeella (tyypillinen 10 kg:n lämmittimelle, joka roikkuu 50 mm²:n poikkileikkauksen -kannattimesta) realistinen virumismurtumisaika on 500–2 000 tuntia PFA-laadusta, kiteisyydestä ja valmistuslaadusta riippuen. Tämä on paljon lyhyempi kuin tavanomaisen lämmittimen käyttöikä (10 000–30 000 tuntia). Siksi PFA-kiinnikkeitä ei tule käyttää yli 2 MPa:n jatkuvaan kuormitukseen 180 asteen kulmassa. Käytä yli 2 MPa:n kuormissa PFA-pinnoitettuja metallikiinnikkeitä tai erillisiä metallitukia. Alla olevat virumismurtumistiedot antavat ohjeita turvalliseen suunnitteluun.
Virumisen repeämismekanismit 180 asteessa
180 asteessa PFA on lasittumispisteensä yläpuolella (Tg=-15 aste), mutta sulamispisteensä alapuolella (305 astetta). Polymeerillä on viskoelastinen viruma: jatkuvassa kuormituksessa se muotoutuu jatkuvasti. Ensisijaisessa virumisvaiheessa (ensimmäiset 0–100 tuntia) jännitys lisääntyy hitaammin. Toissijaisessa virumisessa (100–1 000 tuntia) jännitysnopeus on vakio. Kolmannessa virumisessa (yli 1 000 tuntia) jännitys kiihtyy, kun tyhjiä tiloja muodostuu ja tehollinen poikkileikkaus{14}} pienenee, mikä johtaa repeämiseen. PFA-kannattimelle, joka on kuormitettu 5 MPa:lla 180 asteessa, tyypillinen aika tertiaarivirumisen saavuttamiseen on 200–500 tuntia; repeämä tapahtuu 500-2000 tunnin kohdalla. Murtumisaika noudattaa Larson-Miller-parametria: LMP=T × (C + log t), missä T on lämpötila (K), t on repeämisaika (tunteja) ja C on materiaalivakio (≈20 PFA:lle). Tietyn LMP:n korkeampi lämpötila lyhentää käyttöikää eksponentiaalisesti.
PFA:n kiteisyys vaikuttaa voimakkaasti virumiskestävyyteen. Korkean-kiteisyyden PFA:lla (55–65 %) on 2–3 kertaa pidempi virumisikä kuin alhaisen-kiteisyyden PFA:lla (35–45 %). Hehkutetut kiinnikkeet (-muovauksen jälkeinen hehkutus 200 asteessa 4 tunnin ajan) osoittavat myös pidemmän käyttöiän (katso artikkeli 41). Kannattimen geometrialla on väliä: terävät kulmat keskittävät jännityksen ja vähentävät käyttöikää 50–80 % säteittäisiin malleihin verrattuna.
Creep Rupture Life stressin ja lämpötilan mukaan
| Lämpötila ( aste ) | Stressi (MPa) | PFA-luokka | kiteisyys (%) | Repeämisen kesto (tuntia, tyypillinen) | Vikatila |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 2 | Vakio | 45 | 8,000–15,000 | Liiallinen taipuma (ryömintä) |
| 180 | 3 | Vakio | 45 | 3,000–6,000 | Räjähdys |
| 180 | 4 | Vakio | 45 | 1,000–2,500 | Repeämä, jossa on aukkoja |
| 180 | 5 | Vakio | 45 | 500–1,500 | Nopea repeämä |
| 180 | 6 | Vakio | 45 | 200–500 | Välitön taipuma, repeämä |
| 180 | 5 | Korkea{0}}kiteisyys (hehkutettu) | 60 | 1,200–2,500 | 2× käyttöikä vs. standardi |
| 180 | 5 | Matala-kiteisyys (hehkuttamaton) | 38 | 300–800 | 50 % käyttöikä vs. standardi |
| 160 | 5 | Vakio | 45 | 3,000–6,000 | Matala lämpötila pidentää käyttöikää |
| 200 | 3 | Vakio | 45 | 500–1,500 | Lähellä PFA:n ylärajaa |
| 150 | 5 | Vakio | 45 | 6,000–12,000 | Hyväksyttävä jaksoittaisille kuormille |
Turvallisen suunnittelun suositukset
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long-term service (>5000 tuntia). Laske jännitys muodossa σ=F / A, missä F on kuorma (N) ja A on kannattimen pienin poikki-leikkauspinta-ala (mm²). 50 N:n kuormituksella (≈5 kg) vaadittu alue A=F/σ=50 / 2=25 mm². Kiinnike, jonka poikkileikkaus on -5 mm × 5 mm (25 mm²), on minimi. 100 N:n kuormalla (10 kg) vähimmäispinta-ala on 50 mm² (7 mm × 7 mm). Nämä ovat minimaalisia kokoja; suuremmat kiinnikkeet tarjoavat turvamarginaalin.
Jos kuormitus on yli 2 MPa 180 asteessa, käytä metallikiinnikettä (ruostumaton teräs, titaani tai Hastelloy), jossa on PFA-pinnoite tai holkki kemiallisen hyökkäyksen estämiseksi. Metallikiinnike kantaa kuorman; PFA tarjoaa kemiallisen kestävyyden. Vaihtoehtoisesti tue lämmitintä ylhäältä (jännitys) eikä alhaalta (puristus) käyttämällä metallitankoa lämmittimen keskiosan läpi. PFA on vahvempi puristuksessa kuin jännityksessä; puristusvirumisen käyttöikä on 2–3 kertaa pidempi kuin vetovirumisen käyttöikä samalla jännityksellä.
Jos olemassa olevat PFA-kannattimet toimivat suurella jännityksellä, tarkasta vuosittain muodonmuutos. Mittaa kiinnikkeen alkuperäiset mitat ja vertaa sitä virtaan. Yli 2 mm pysyvä taipuma tai näkyvä halkeama ansaitsee välittömän vaihtamisen. Jos kannatin on vääntynyt, mutta ei halkeile, se voi jatkaa toimintaansa, mutta pienemmällä kapasiteetilla. Kriittisissä sovelluksissa (lämmitin voi pudota säiliöön) vaihda epämuodostuneet kannattimet halkeilutilasta riippumatta.
Esimerkki kentästä
Kemiantehdas käytti PFA-kannattimia tukemaan 15 kg:n lämmitintä (150 N:n kuorma) 180 asteessa. Kannakkeen poikkileikkaus- oli 10 mm × 8 mm (80 mm²), mikä antaa σ=150/80=1.9 MPa-turvallisen rajan sisällä. 18 kuukauden (≈13 000 tunnin) jälkeen kannattimessa oli 3 mm taipuma, mutta ei halkeamia. Lämmitin oli edelleen tuettu. 2,5 vuoden (18 000 tunnin) kohdalla taipuma saavutti 6 mm ja lämmitin painui. Kannatin vaihdettiin suunnitellun sammutuksen aikana. Kannatin ei ollut vioittunut, mutta oli lähellä käyttöikänsä loppua. Tehdas muutti suunnitteluaan käyttämään metallikiinnikkeitä tulevissa asennuksissa vedoten määräämättömän käyttöiän tarpeeseen.
Johtopäätös: Rajoita PFA-kannattimen jännitys 2 MPa:iin 180 asteessa
5 MPa:n ja 180 asteen kulmassa kuormitetun PFA-lämmittimen kannakkeen realistinen virumismurtoikä on vain 500–2 000 tuntia{5}}riittämätön useimpiin teollisuussovelluksiin. Jos haluat käyttää pitkäaikaista palvelua (5,000+ tuntia), rajoita rasitus 2 MPa:iin. Käytä yli 2 MPa:n kuormissa PFA-pinnoitettuja metallikiinnikkeitä tai erillisiä metallitukia. Jos PFA-kiinnikkeitä on käytettävä, määritä korkea-kiteisyys, hehkutettu PFA, kaikkien kulmien säde ja tarkista vuosittain taipuma. PFA on erinomainen materiaali kemikaalien kestävyyteen, mutta huono materiaali kestävään{16}}kuormitukseen korkeissa lämpötiloissa. Älä pyydä PFA:ta tekemään sitä, mitä metallin pitäisi tehdä. Jos olet epävarma, käytä metallia. Lämmittimen putoaminen säiliöön ja oikosulku seinää vasten maksaa paljon enemmän kuin kunnollinen metallituki. Suunnittele kannatin kuormaa varten, älä yhden-materiaaliratkaisun mukavuuden vuoksi.
