Els suports de suport de l'escalfador de PFA-s'utilitzen per col·locar els escalfadors als dipòsits o per subjectar equips auxiliars-ocasionalment suporten càrregues mecàniques sostingudes a temperatures elevades. A 180 graus (prop del límit d'ús continu de 200 graus de PFA), la ruptura de fluència es converteix en el mode de fallada dominant per als suports carregats. Per a un suport carregat a 5 MPa (típic per a un escalfador de 10 kg que penja d'un suport de secció-transversal de 50 mm²), la vida real de ruptura per fluïdesa és de 500 a 2.000 hores, depenent del grau de PFA, la cristal·linitat i la qualitat de fabricació. Aquesta és molt més curta que la vida útil típica de l'escalfador (10.000-30.000 hores). Per tant, els suports de PFA no s'han d'utilitzar per a càrregues sostingudes per sobre de 2 MPa a 180 graus. Per a càrregues superiors a 2 MPa, utilitzeu suports metàl·lics amb recobriment de PFA o suports metàl·lics separats. Les dades de ruptura de fluïdesa següents proporcionen una guia per a un disseny segur.
Mecanismes de ruptura de fluència a 180 graus
A 180 graus, el PFA està per sobre de la seva transició vítrea (Tg=-15 grau), però per sota del seu punt de fusió (305 graus). El polímer presenta fluïdesa viscoelàstica: sota càrrega constant, es deforma contínuament. En l'etapa de fluència primària (primeres 0-100 hores), la tensió augmenta a un ritme decreixent. En fluència secundària (100-1.000 hores), la velocitat de tensió és constant. En la fluència terciària (més enllà de les 1.000 hores), la tensió s'accelera a mesura que es formen buits i la secció transversal efectiva-es redueix, donant lloc a la ruptura. Per a un suport de PFA carregat a 5 MPa a 180 graus, el temps típic per arribar a la fluència terciària és de 200 a 500 hores; la ruptura es produeix a les 500-2.000 hores. La vida de ruptura segueix el paràmetre de Larson-Miller: LMP=T × (C + log t), on T és la temperatura (K), t és el temps de trencament (hores) i C és una constant de material (≈20 per a PFA). Per a un LMP donat, una temperatura més alta redueix la vida exponencialment.
La cristalinitat de PFA afecta fortament la resistència a la fluència. El PFA d'alta-cristalinitat (55-65%) té una vida de fluència 2-3 vegades més llarga que el PFA de baixa-cristalinitat (35-45%). Els suports recuits (recuit post-emmotllament a 200 graus durant 4 hores) també mostren una vida útil més llarga (vegeu l'article 41). La geometria del suport és important: les cantonades afilades concentren l'estrès i redueixen la vida útil entre un 50 i un 80% en comparació amb els dissenys amb radi.
Creep Rupture Life per tensió i temperatura
| Temperatura (graus) | Estrès (MPa) | Grau PFA | Cristalinitat (%) | Vida de ruptura (hores, típic) | Mode d'error |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 2 | Estàndard | 45 | 8,000–15,000 | Deflexió excessiva (fluència) |
| 180 | 3 | Estàndard | 45 | 3,000–6,000 | Ruptura de fluïdesa |
| 180 | 4 | Estàndard | 45 | 1,000–2,500 | Trencament amb formació de buits |
| 180 | 5 | Estàndard | 45 | 500–1,500 | Ràpida ruptura |
| 180 | 6 | Estàndard | 45 | 200–500 | Desviació immediata, ruptura |
| 180 | 5 | Alta-cristalinitat (recuit) | 60 | 1,200–2,500 | 2× vida vs. estàndard |
| 180 | 5 | Baixa-cristalinitat (sense recucer) | 38 | 300–800 | 50% de vida útil respecte a l'estàndard |
| 160 | 5 | Estàndard | 45 | 3,000–6,000 | La temperatura més baixa allarga la vida |
| 200 | 3 | Estàndard | 45 | 500–1,500 | Prop del límit superior per a PFA |
| 150 | 5 | Estàndard | 45 | 6,000–12,000 | Admesa per a càrregues intermitents |
Recomanacions de disseny segur
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long-term service (>5.000 hores). Calculeu l'esforç com a σ=F / A, on F és la càrrega (N) i A és l'àrea de la secció transversal mínima- del suport (mm²). Per a una càrrega de 50 N (≈5 kg), àrea necessària A=F/σ=50 / 2=25 mm². Un suport amb una-secció transversal de 5 mm × 5 mm (25 mm²) és el mínim. Per a una càrrega de 100 N (10 kg), l'àrea mínima és de 50 mm² (7 mm × 7 mm). Aquestes són mides mínimes; els suports més grans proporcionen un marge de seguretat.
Per a càrregues superiors a 2 MPa a 180 graus, utilitzeu un suport metàl·lic (acer inoxidable, titani o Hastelloy) amb un recobriment o una funda de PFA per evitar atacs químics. El suport metàl·lic porta la càrrega; el PFA proporciona resistència química. Alternativament, recolzeu l'escalfador des de la part superior (tensió) i no des de la part inferior (compressió) mitjançant una vareta metàl·lica a través del centre de l'escalfador. PFA és més fort en compressió que en tensió; La vida de fluència a la compressió és 2-3 vegades més llarga que la vida de fluència a la tracció per a la mateixa tensió.
Per als suports de PFA existents que funcionen amb una gran tensió, inspeccioneu anualment si hi ha deformacions. Mesureu les dimensions originals del suport i compareu-les amb les actuals. Una deflexió permanent superior a 2 mm o qualsevol esquerda visible garanteix la substitució immediata. Si el suport s'ha deformat però no s'ha esquerdat, pot continuar funcionant però amb capacitat reduïda. Per a aplicacions crítiques (l'escalfador podria caure al tanc), substituïu els suports deformats, independentment de l'estat d'esquerdes.
Exemple de camp
Una planta química va utilitzar suports de PFA per suportar un escalfador de 15 kg (càrrega de 150 N) a 180 graus. La secció transversal-del suport era de 10 mm × 8 mm (80 mm²), donant σ=150/80=1.9 MPa-dins del límit segur. Després de 18 mesos (≈13.000 hores), el suport mostrava 3 mm de deflexió però sense esquerdes. L'escalfador encara estava suportat. Als 2,5 anys (18.000 hores), la deflexió va arribar als 6 mm i l'escalfador estava enfonsat. El suport es va substituir durant una parada programada. El suport no havia fallat, però estava a prop del final de la seva vida útil. La planta va revisar el seu disseny per utilitzar suports metàl·lics per a futures instal·lacions, citant la necessitat d'una vida indefinida.
Conclusió: Limiteu la tensió del suport de PFA a 2 MPa a 180 graus
La vida útil realista de ruptura per fluïdesa d'un suport de suport d'escalfador de PFA carregat a 5 MPa i 180 graus només és de 500 a 2.000 hores-insuficient per a la majoria d'aplicacions industrials. Per a un servei a llarg termini-(5,000+ hores), limiteu l'estrès a 2 MPa. Per a càrregues superiors a 2 MPa, utilitzeu suports metàl·lics amb recobriment de PFA o suports metàl·lics separats. Si s'han d'utilitzar suports de PFA, especifiqueu alta-cristallinitat, PFA recuit, radi de totes les cantonades i inspeccioneu anualment la deflexió. El PFA és un material excel·lent per a la resistència química, però un material deficient per a la càrrega sostinguda-a altes temperatures. No demaneu a PFA que faci el que hauria de fer el metall. En cas de dubte, utilitzeu metall. El cost d'un escalfador que cau a un dipòsit i es fa curt contra la paret és molt més gran que el cost d'un suport metàl·lic adequat. Dissenyeu el suport per a la càrrega, no per la comoditat d'una solució única-material.
