Један од упорних механичких изазова унутар ПТФЕ урањајућег грејача је неусклађеност у томе колико се пластични омотач и унутрашње метално језгро шире када се загреју. Чисти ПТФЕ се шири скоро као концерт, док потпорна шипка-од нерђајућег челика унутра мења димензију много спорије. Ово стално неслагање током циклуса грејања и хлађења постаје главни извор унутрашњег стреса. Релативно једноставна модификација материјала-додавањем пунила за ојачавање као што су стаклена влакна у ПТФЕ-може смањити ову неусклађеност експанзије и створити механички стабилнији склоп грејача.
У окружењу дискусијепуњени вс непуњени ПТФЕ ЦТЕ омотач грејачаперформансе, поређење се често усредсређује на једну критичну особину: коефицијент топлотног ширења (ЦТЕ). Начин на који сваки материјал реагује на промене температуре има директан утицај на век трајања, стабилност димензија и дугорочну-поузданост грејача.
Зашто је топлотна експанзија важна у омотачу ПТФЕ грејача
Плашт ПТФЕ грејача ради под континуираним термичким циклусом. Како се грејни елемент стално покреће и хлади, и омотач од флуорополимера и унутрашње метално језгро се шире и скупљају. Проблеми се јављају јер се ови материјали не крећу истом брзином.
Чисти, непуњени ПТФЕ обично има ЦТЕ близу 120 делова на милион по степену Целзијуса у многим радним условима. Нерђајући челик, који се обично користи као унутрашња подршка или проводљиво језгро, има ЦТЕ ближе 17 делова на милион по степену Целзијуса. Разлика је суштинска.
Сваки термички циклус стога ствара силе смицања на граници између ПТФЕ и метала. Временом, ове силе могу допринети:
Унутрашње пуцање
Деламинација
Избељивање стреса
Механички замор
Деградација заптивки у близини завршетака
У пракси, неусклађеност се понаша скоро као два повезана материјала који се повлаче један против другог сваки пут када дође до промене температуре.
Како пунила мењају понашање експанзије ПТФЕ-а
Додавање пунила за ојачавање фундаментално мења како се ПТФЕ понаша механички. Стаклена влакна су међу најчешћим материјалима за пуњење који се користе у индустријским ПТФЕ једињењима намењеним за примену конструкције.
Стаклена влакна делују као ситне, круте кости унутар пластике, спречавајући је да се превише прошири током загревања. Уместо да дозволи ПТФЕ матрици да се креће слободно у свим правцима, мрежа за пуњење ограничава раст димензија и смањује термичко оптерећење.
Стакло{0}}пуњено ПТФЕ једињење које садржи отприлике 15–25% стаклених влакана може смањити ЦТЕ на приближно 70–80 делова на милион по степену Целзијуса. Иако ова вредност и даље премашује вредност од нерђајућег челика, јаз постаје далеко мањи него код чистог ПТФЕ.
Ово ближе термичко подударање производи неколико механичких предности:
Мањи међуфазни смичући напон
Смањен циклични замор
Побољшана стабилност димензија
Боља отпорност на деформацију пузања
Дужи радни век под поновљеним циклусима грејања
Резултат је побољшана механичка хармонија између полимерног омотача и металне подлоге.
Не-линеарна природа ПТФЕ термичког ширења
Важан технички детаљ се често занемарује када се пореде напуњени и непопуњени слојеви: ПТФЕ се не шири на једноставан линеаран начин.
ЦТЕ ПТФЕ је у великој мери -зависан од температуре и не-линеаран. Стопе експанзије могу се значајно променити у различитим радним опсегима, посебно близу кристалних прелазних региона унутар структуре полимера. То значи да објављене вредности ЦТЕ треба третирати као приближне инжењерске референце, а не као апсолутне константе.
У апликацијама за грејаче{0} на повишеним температурама, стварно кретање димензија може да варира у зависности од:
Стопа грејања
Кристалност
Оријентација пунила
Механичко ограничење
Термална историја
Услови обраде
Напуњена ПТФЕ једињења такође показују више анизотропно понашање јер се сама влакна могу поравнати током екструзије или обликовања. Ширење се стога може незнатно разликовати у зависности од смера унутар компоненте.
Механичке предности током термичког бициклизма
Практична вредност смањеног ЦТЕ-а постаје највидљивија током дуготрајног{0}}термичког циклуса.
У непопуњеном ПТФЕ омотачу, поновљено ширење и контракција може постепено да замори полимер{0}}металну површину. Мала унутрашња напрезања се акумулирају током хиљада циклуса, посебно код урањајућих грејача који су подвргнути честим подешавањима контроле процеса.
Попуњен степен смањује амплитуду овог механичког покрета. Пошто се полимер шири мање агресивно, унутрашње метално језгро доживљава мањи релативни помак. Концентрације напона у близини кривина, заварених спојева и заптивних завршетака су такође смањене.
У пракси, то се често преводи у:
Побољшана структурна стабилност
Напуњени ПТФЕ ефикасније задржава димензијски облик на повишеној температури. Савијање, савијање и деформација хладног{1}}тока постају мање озбиљни.
Смањено пуцање од умора
Ниже циклично напрезање може смањити вероватноћу иницирања микроскопске пукотине унутар полимерне матрице.
Боља подршка за дуге геометрије грејача
Дуги урањајући грејачи и делови који нису механички ослоњени имају користи од повећане крутости коју обезбеђује стаклено ојачање.
Замена{0}}за пуњеног ПТФЕ-а
Иако су механичка побољшања значајна, употреба пунила уводи компромисе који се морају пажљиво размотрити.
Поређење измеђупуњени вс непуњени ПТФЕ ЦТЕ омотач грејачаматеријали није само питање која опција има боље резултате у целини. Уместо тога, избор у великој мери зависи од излагања хемикалијама, захтева за чистоћом и механичких захтева.
Смањена флексибилност
Напуњени ПТФЕ је приметно чвршћи од чистог ПТФЕ-а. Отпор на савијање се повећава, али се флексибилност смањује. У апликацијама које захтевају поновљено савијање или сложено обликовање, ова крутост може постати непожељна.
Груба површинска текстура
Виргин ПТФЕ је цењен због изузетно глатке,{0}}нелепљиве површине. Једињења пуњена стаклом- обично показују нешто грубљу завршну обраду јер честице пунила прекидају континуалну површину полимера.
Ово може смањити:
Перформансе{0}}не пријањања
Површинска мазивост
Једноставност уклањања контаминације
Нижа хемијска отпорност
Једно од најважнијих ограничења је отпорност на корозију. Виргин ПТФЕ нуди скоро-универзалну хемијску инертност јер матрица флуорополимера остаје континуирана и хемијски чиста.
Стакло{0}}пуњени слојеви жртвују део ове заштите. Ако агресивне хемикалије продру у површину или нападну изложене области пунила, локализована деградација се може лакше десити.
Из тог разлога, ПТФЕ{0}}пуњени стаклом се обично користи за:
Хладне зоне
Конструкцијски ослонци
Чланови компресије
Секције механичке арматуре
Материјал се генерално избегава као примарна загрејана хемијска баријера у високо корозивним окружењима грејача за урањање.
Где се пуњени ПТФЕ обично користи
Дизајнери индустријских грејача често примењују пуњени ПТФЕ селективно, а не универзално.
Често се преферира хибридна конструкција:
Виргин ПТФЕ штити примарну влажну зону грејања
Испуњен ПТФЕ ојачава делове који су под оптерећењем
Структурни региони користе једињења пуњена стаклом-за крутост и отпорност на замор
Ова стратегија омогућава да хемијска чистоћа чистог ПТФЕ остане нетакнута тамо где је изложеност корозији највећа, док и даље има користи од стабилности димензија ојачаног материјала у мање хемијски агресивним областима.
Разматрање избора материјала
Одлука између напуњеног и непопуњеног ПТФЕ зависи од балансирања неколико супротстављених захтева.
Дјевичански ПТФЕ се често преферира када:
Потребна је максимална хемијска отпорност
Неопходна је ултра{0}}чиста обрада
Глатке површине које се{0}}не лепе су критичне
Флексибилност је корисна
ПТФЕ са{0}}пуњеним стаклом се често даје предност када:
Механичка крутост је важна
Термални циклус је озбиљан
Потребна је структурна стабилност
Смањење умора је приоритет
Радно окружење на крају одређује да ли ће хемијске перформансе или механичка издржљивост добити већи приоритет.
Закључак
Разлика у термичком ширењу између ПТФЕ и нерђајућег челика остаје један од фундаменталних механичких изазова унутар склопова имерзионих грејача. Виргин ПТФЕ се драматично шири у поређењу са металним језгром, стварајући значајно унутрашње напрезање током поновљених термичких циклуса.
Уграђивањем пунила за ојачавање као што су стаклена влакна, ЦТЕ ПТФЕ се може значајно смањити, приближавајући експанзионо понашање полимера оном унутрашње металне структуре. Резултирајуће смањење напона на смицање може да побољша век трајања замора, стабилност димензија и дугорочну-механичку поузданост.
У исто време, ово побољшање долази са{0}}компромисима који укључују флексибилност, глаткоћу површине и отпорност на хемикалије. Пуњени ПТФЕ стога представља намеран инжењерски компромис, а не универзалну надоградњу. Мала количина хемијске чистоће и мекоће се мења за већу механичку хармонију са металним језгром, омогућавајући да се унутрашњи механички век грејача побољша модификацијом саме пластике.
