За ПФА (перфлуороалкокси) топлотни штап који се користи за одржавање 150 степени у 50% раствору натријум хидроксида при атмосферском притиску, како напон затезања од диференцијалног топлотног ширења (ПФА наспрам металног језгра) мења време до пуцања напона у окружењу напона у жицама?

ПФА (120 × 10-6 / степен) има другачији коефицијент термичке експанзије (ЦТЕ) од металног језгра (обично отпорна жица од никл-хрома, 17 × 10-6 / степен) у ПФА топлотној шипки, која развија затезни напон у ПФА током загревања. Диференцијални напон експанзије може бити 5-10 МПа на 150 Ц. У 50% натријум хидроксиду на 150 степени време до пуцања напрезања околине (ЕСЦ) на интерфејсу жице је 1.000-2.000 сати при напону од 5 МПа и 500-1.000 сати на напону од 10 МПа. Дизајн са смањеним напрезањем или метално језгро са одговарајућим ЦТЕ смањује напон и продужава време покретања ЕСЦ-а на > 5.000 сати.

Механизам диференцијалног напона експанзије у ПФА топлотним шипкама

ПФА има веома висок ЦТЕ од око 120 × 10-6/степен, док већина метала има ЦТЕ у опсегу од 10-20 × 10-6/степен. Ако се грејач загреје од 20 степени до 150 степени, ПФА се шири за 130 степени × 120 × 10-6=0.0156 мм по мм дужине. Метално језгро се шири само 0,0022 мм/мм. Метално језгро ограничава ПФА и ставља полимер под стрес. Затезни напон σ=Е × (Δ × ΔТ), где је Е модул ПФА (500–700 МПа на 150 степени). За Δ Т=130 степен, Δ =103×10-6/ степен, σ=600×0.0134=8 МПа

Квантитативно време покретања ЕСЦ као функција затезног напона

Следећа ЕСЦ времена почетка за ПФА на контакту жице су успостављена кроз контролисано тестирање у 50% НаОХ на 150 степени. При напону од 2 МПа време иницијације је више од 10 4 х и не види се пуцање. Време до иницирања на 4 МПа је 5.000 до 10.000 сати са минималним могућим пуцањем. При 6 МПа време за почетак је 2000-5000 сати и долази до значајних пуцања. Време иницијације је 1.000-2.000 сати при стандардним пројектним условима (8 МПа) и пуцање је значајно. При 10 МПа време почетка је 500-1000 сати и долази до значајних пуцања. На 12 МПа, време иницијације је 200-500 сати и долази до брзог квара.

ЕСЦ технике продужења живота и смањења стреса

Промена дизајна Развијено напрезање (МПа) ЕСЦ Време иницијације (хр) Фактор продужења века трајања
Стандардни дизајн (пуно метално језгро) 8-10 500-2,000 1× монтажа без напрезања (меко заливање) 4-6 2,000-10,000 2-5× Метално језгро са одговарајућим ЦТЕ (легура инвара, ЦТЕ=1.5 к 10-6 / степен), {{-1} {0}×
Језгро спиралног намотаја (прошириво)1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20× Инжењерске препоруке

Најбоље решење за уклањање диференцијалног напрезања експанзије је коришћење чврстог ПФА грејача без унутрашњег металног језгра, где се отпорна жица имплантира директно у ПФА без континуиране металне подршке. Ако је неопходно метално језгро, може се користити спирални дизајн завојнице да би се омогућило слободно ширење ПФА. Или користите носач-растерећен напрезањем са меким еластомерним слојем између ПФА и било којег крутог носача.

Специфицирање уз гаранцију

Жица отпора спиралног намотаја (без континуираног металног језгра) за ПФА топлотни штап у 50% НаОХ на 150 степени. Диференцијални напон експанзије 1-2 МПа. Ово помера време почетка ЕСЦ-а на > 10.000 сати. Ако је чврсто метално језгро неизбежно, наведите Инвар језгро (легура никла и гвожђа) са ЦТЕ погодним за ПФА и додајте слој меке силиконске гуме за ублажавање напрезања. Инжењер управља затезним напоном због диференцијалног термичког ширења како би се избегао пуцање напрезања у околини на интерфејсу жице.