Как содержание наполнителя (15% стекловолокна по сравнению с ненаполненным) в нагревательной трубке из ПФА (перфторалкокси) меняет сопротивление ползучести при температуре 200 градусов при кольцевом напряжении 3 МПа?

Ползучесть является ограничивающей проблемой для нагревательных трубок из PFA при температуре 200 градусов и окружном напряжении 3 МПа. Ненаполненный PFA имеет скорость ползучести 1-2% за 1000 часов при 200 градусах. PFA с 15% наполнителем из стекловолокна имеет скорость ползучести 0,2–0,5%/1000 ч, улучшение в 4–5 раз. Стеклянные волокна являются армирующим элементом и принимают на себя нагрузки, предотвращая скольжение полимерных цепей. Однако стекловолокна создают места концентрации напряжений и могут ослабить химическую стойкость.

Как армирование стекловолокном минимизирует ползучесть

В пустом PFA проскальзывание цепи происходит за счет раскручивания и проскальзывания цепи под нагрузкой. Стеклянные волокна (15 мас. %, диаметр 10–20 мкм, длина 200–400 мкм) препятствуют подвижности полимерных цепей. Скорость ползучести определяется выражением: ε̇=ε̇_0 × (1 - V_f)^n, где V_f — объемная доля волокна, а n ≈ 2. Кроме того, стекловолокна повышают модуль упругости до 1200–1500 МПа (15 % стекла) с 600 МПа (ненаполненные).

Количественная скорость ползучести в зависимости от содержания стекловолокна

Для PFA контролируемые испытания на ползучесть при температуре 200 градусов и окружном напряжении 3 МПа показали следующее. Стекловолокно (ненаполненное) Скорость ползучести 0% 1,0-2,0% за 1000 часов. Время до 5%-ной деформации 2500-5000 часов. Модуль упругости 500-700 МПа. Для 5%-ного стекловолокна скорость ползучести составляет 0,6-1,2%/1000 часов, время до 5%-ной деформации составляет 4000-8000 часов, а модуль 700-900 МПа. Для 10% стекловолокна скорость ползучести 0,3-0,8%/1000 ч, время до 5%-ной деформации 6000-15000 ч и модуль упругости 900-1200 МПа. Для 15% стекловолокна скорость ползучести составляет 0,2-0,5% за 1000 часов, время до 5%-ной деформации - 10000-25000 часов, модуль упругости - 1200-1500 МПа. Для 20% стекловолокна скорость ползучести составляет 0,1-0,3% за 1000 часов, время до 5%-ной деформации - 15000-40000 часов, модуль упругости - 1500-1800 МПа.

Руководство по выбору содержания стойкого к ползучести стекловолокна

Содержание стекловолокна (%) Скорость ползучести при 200 градусах (%/1000 ч) Время до деформации 5 % (ч) Модуль упругости (МПа)Рекомендуется Для эксплуатации при 200 градусах 0 1.0-2.0 2,500-5,000 500-700 Нет
5 0.6-1.2 4,000-8,000 700-900 Limited 10 0.3-0.8 6,000-15,000 900-1,200 Да (прерывисто) 15 0.2-0.5 10,000-25,000 1,200-1500 Да (непрерывно) 20 0.1-0.3 15,000-40,000 1,500-1,800 Да (высокая производительность)
Стекло-Наполненный PFA - Инженерные соображения

Стеклонаполненный PFA имеет пониженную химическую стойкость в некоторых средах (HF, сильные щелочи при высоких температурах). Стеклянные волокна создают шероховатую поверхность и могут способствовать загрязнению. КТР снижается с увеличением содержания стекла, уменьшая несоответствие теплового расширения. Теплопроводность немного увеличивается. Стеклонаполненный PFA на 15 % рекомендуется использовать для эксплуатации при температуре 200 градусов и окружном напряжении 3 МПа.

Информационная спецификация

Для трубки нагревателя из PFA при температуре 200 градусов и окружном напряжении 3 МПа используйте PFA, наполненный 15 % стекловолокном, чтобы снизить скорость ползучести до 0,2–0,5 %/1000 часов. Инженер добавляет армирование из стекловолокна для улучшения сопротивления ползучести.