ขายึดรองรับเครื่องทำความร้อน PFA-ใช้เพื่อวางตำแหน่งเครื่องทำความร้อนในถังหรือเพื่อยึดอุปกรณ์เสริม- บางครั้งก็รับภาระทางกลอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูง ที่ 180 องศา (ใกล้ขีดจำกัดการใช้งานต่อเนื่องของ PFA ที่ 200 องศา) การแตกของคืบจะกลายเป็นโหมดความล้มเหลวหลักสำหรับขายึดที่โหลด สำหรับขายึดที่โหลดที่ 5 MPa (โดยทั่วไปสำหรับเครื่องทำความร้อน 10 กก. ที่แขวนจากส่วนรองรับหน้าตัดขนาด 50 มม.²-) อายุการแตกของครีพตามจริงคือ 500–2,000 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับเกรด PFA ความเป็นผลึก และคุณภาพการผลิต ซึ่งสั้นกว่าอายุการใช้งานเครื่องทำความร้อนทั่วไปมาก (10,000–30,000 ชั่วโมง) ดังนั้นจึงไม่ควรใช้ขายึด PFA สำหรับการรับน้ำหนักที่เกิน 2 MPa ที่ 180 องศา สำหรับโหลดที่สูงกว่า 2 MPa ให้ใช้ขายึดโลหะเคลือบ PFA หรือตัวรองรับโลหะแยกกัน ข้อมูลการแตกร้าวของการคืบด้านล่างให้คำแนะนำสำหรับการออกแบบที่ปลอดภัย
กลไกการคืบคลานที่ 180 องศา
ที่ 180 องศา PFA จะอยู่เหนือการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg=-15 องศา ) แต่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว (305 องศา ) โพลีเมอร์มีการคืบแบบยืดหยุ่นหนืด: ภายใต้ภาระคงที่ มันจะเปลี่ยนรูปอย่างต่อเนื่อง ในระยะครีพปฐมภูมิ (0–100 ชั่วโมงแรก) ความเครียดจะเพิ่มขึ้นในอัตราที่ลดลง ในการคืบคลานทุติยภูมิ (100–1,000 ชั่วโมง) อัตราความเครียดจะคงที่ ในการคืบคลานระดับตติยภูมิ (เกิน 1,000 ชั่วโมง) ความเครียดจะเพิ่มขึ้นเมื่อช่องว่างเกิดขึ้นและหน้าตัดขวางที่มีประสิทธิภาพ-ลดลง ทำให้เกิดการแตกหัก สำหรับวงเล็บ PFA ที่โหลดที่ 5 MPa ที่ 180 องศา เวลาปกติในการเข้าถึงครีประดับอุดมศึกษาคือ 200–500 ชั่วโมง การแตกร้าวเกิดขึ้นที่ 500–2,000 ชั่วโมง อายุการแตกร้าวเป็นไปตามพารามิเตอร์ของ Larson-Miller: LMP=T × (C + log t) โดยที่ T คืออุณหภูมิ (K) t คือเวลาที่เกิดการแตกร้าว (ชั่วโมง) และ C คือค่าคงที่ของวัสดุ (µ20 สำหรับ PFA) สำหรับ LMP ที่กำหนด อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะลดอายุการใช้งานลงแบบทวีคูณ
ความเป็นผลึกของ PFA ส่งผลอย่างมากต่อการต้านทานการคืบ PFA ความเป็นผลึกสูง- (55–65%) มีอายุของครีปยาวนานกว่า 2–3 เท่า เมื่อเทียบกับ PFA ความเป็นผลึกต่ำ- (35–45%) ฉากยึดอบอ่อน (การอบอ่อนหลังการปั้นที่ 200 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมง) ก็มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นเช่นกัน (ดูบทความ #41) เรขาคณิตของฉากยึดมีความสำคัญ: มุมที่แหลมคมจะเน้นความเครียดและลดอายุการใช้งานลง 50–80% เมื่อเทียบกับการออกแบบที่มีรัศมี
ชีวิตคืบคลานแตกตามความเครียดและอุณหภูมิ
| อุณหภูมิ (องศา) | ความเครียด (MPa) | เกรดพีเอฟเอ | ความเป็นผลึก (%) | อายุการแตกร้าว (ชั่วโมง โดยทั่วไป) | โหมดความล้มเหลว |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 2 | มาตรฐาน | 45 | 8,000–15,000 | การโก่งตัวมากเกินไป (คืบ) |
| 180 | 3 | มาตรฐาน | 45 | 3,000–6,000 | คืบคลานแตก |
| 180 | 4 | มาตรฐาน | 45 | 1,000–2,500 | การแตกร้าวด้วยการก่อตัวเป็นโมฆะ |
| 180 | 5 | มาตรฐาน | 45 | 500–1,500 | การแตกร้าวอย่างรวดเร็ว |
| 180 | 6 | มาตรฐาน | 45 | 200–500 | การโก่งตัว, การแตกร้าวทันที |
| 180 | 5 | ความตกผลึกสูง- (อบอ่อน) | 60 | 1,200–2,500 | 2× ชีวิตเทียบกับมาตรฐาน |
| 180 | 5 | ความเป็นผลึกต่ำ- (ไม่มีการอบอ่อน) | 38 | 300–800 | ชีวิต 50% เทียบกับมาตรฐาน |
| 160 | 5 | มาตรฐาน | 45 | 3,000–6,000 | อุณหภูมิที่ต่ำกว่าช่วยยืดอายุการใช้งาน |
| 200 | 3 | มาตรฐาน | 45 | 500–1,500 | ใกล้ขีดจำกัดบนสำหรับ PFA |
| 150 | 5 | มาตรฐาน | 45 | 6,000–12,000 | ยอมรับได้สำหรับการโหลดเป็นระยะๆ |
คำแนะนำการออกแบบที่ปลอดภัย
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long-term service (>5,000 ชั่วโมง) คำนวณความเครียดเป็น σ=F / A โดยที่ F คือโหลด (N) และ A คือพื้นที่หน้าตัดต่ำสุด-ของวงเล็บ (มม.²) สำหรับโหลด 50 นิวตัน (ประมาณ 5 กก.) พื้นที่ที่ต้องการ A=F/σ=50 / 2=25 มม.² ฉากยึดที่มีส่วนตัดขวาง-ขนาด 5 มม. × 5 มม. (25 มม.²) เป็นขนาดขั้นต่ำ สำหรับโหลด 100 นิวตัน (10 กก.) พื้นที่ขั้นต่ำคือ 50 มม.² (7 มม. × 7 มม.) นี่เป็นขนาดที่เล็กที่สุด วงเล็บขนาดใหญ่ช่วยเพิ่มความปลอดภัย
สำหรับโหลดที่สูงกว่า 2 MPa ที่ 180 องศา ให้ใช้ขายึดโลหะ (สแตนเลส ไทเทเนียม หรือ Hastelloy) พร้อมการเคลือบ PFA หรือปลอกหุ้มเพื่อป้องกันสารเคมี ขายึดโลหะรับน้ำหนัก PFA ให้ความทนทานต่อสารเคมี หรืออีกทางหนึ่ง ให้ค้ำเครื่องทำความร้อนจากด้านบน (แรงดึง) แทนที่จะยึดจากด้านล่าง (การบีบอัด) โดยใช้แท่งโลหะผ่านตรงกลางเครื่องทำความร้อน PFA มีแรงอัดมากกว่าแรงตึง อายุขัยของครีปแบบอัดจะยาวกว่าอายุของครีปแบบแรงดึง 2–3 เท่าสำหรับความเครียดเดียวกัน
สำหรับขายึด PFA ที่มีอยู่ซึ่งทำงานที่ความเค้นสูง ให้ตรวจสอบการเสียรูปทุกปี วัดขนาดเดิมของวงเล็บแล้วเปรียบเทียบกับขนาดปัจจุบัน การโก่งตัวถาวรเกิน 2 มม. หรือการแตกร้าวที่มองเห็นได้รับประกันการเปลี่ยนทันที หากขายึดมีรูปร่างผิดปกติแต่ไม่แตกร้าว ขายึดอาจทำงานต่อไปได้แต่มีความจุลดลง สำหรับการใช้งานที่สำคัญ (ตัวทำความร้อนอาจตกลงไปในถัง) ให้เปลี่ยนขายึดที่ผิดรูปโดยไม่คำนึงถึงสถานะการแตกร้าว
ตัวอย่างภาคสนาม
โรงงานเคมีแห่งหนึ่งใช้ขายึด PFA เพื่อรองรับเครื่องทำความร้อนขนาด 15 กก. (โหลด 150 นิวตัน) ที่ 180 องศา ส่วนตัดขวาง-ของตัวยึดคือ 10 มม. × 8 มม. (80 มม.²) ทำให้ σ=150/80=1.9 MPa-อยู่ภายในขีดจำกัดที่ปลอดภัย หลังจากผ่านไป 18 เดือน (ประมาณ 13,000 ชั่วโมง) ฉากยึดมีการโก่งตัว 3 มม. แต่ไม่มีรอยแตกร้าว เครื่องทำความร้อนยังคงได้รับการสนับสนุน เมื่ออายุ 2.5 ปี (18,000 ชั่วโมง) การโก่งตัวถึง 6 มม. และเครื่องทำความร้อนก็หย่อนคล้อย วงเล็บถูกเปลี่ยนในระหว่างการปิดระบบตามกำหนดเวลา ตัวยึดไม่ได้ชำรุดแต่ใกล้จะหมดอายุการใช้งานแล้ว โรงงานได้แก้ไขการออกแบบเพื่อใช้ขายึดโลหะสำหรับการติดตั้งในอนาคต โดยอ้างถึงความจำเป็นในการมีอายุการใช้งานที่ไม่แน่นอน
สรุป: จำกัด PFA Bracket Stress ไว้ที่ 2 MPa ที่ 180 องศา
อายุการใช้งานการแตกร้าวตามการคืบเหมือนจริงของโครงรองรับเครื่องทำความร้อน PFA ที่โหลดที่ 5 MPa และ 180 องศานั้นเพียง 500–2,000 ชั่วโมง-ไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ สำหรับบริการระยะยาว- (5,000+ ชั่วโมง) ให้จำกัดความเครียดไว้ที่ 2 MPa สำหรับโหลดที่สูงกว่า 2 MPa ให้ใช้ขายึดโลหะเคลือบ PFA หรือตัวรองรับโลหะแยกกัน หากต้องใช้วงเล็บ PFA ให้ระบุ-ความเป็นผลึกสูง PFA ที่ผ่านการอบอ่อน รัศมีทุกมุม และตรวจสอบเป็นประจำทุกปีเพื่อดูการโก่งตัว PFA เป็นวัสดุที่ดีเยี่ยมสำหรับการทนต่อสารเคมี แต่เป็นวัสดุที่ไม่ดีสำหรับการรับน้ำหนักต่อเนื่อง-ที่อุณหภูมิสูง อย่าขอให้ PFA ทำสิ่งที่โลหะควรทำ หากมีข้อสงสัย ให้ใช้โลหะ ค่าใช้จ่ายของเครื่องทำความร้อนที่ตกลงไปในถังและการลัดวงจรกับผนังนั้นสูงกว่าราคาของขายึดโลหะที่เหมาะสมมาก ออกแบบโครงยึดสำหรับโหลด ไม่ใช่เพื่อความสะดวกของ-โซลูชันวัสดุเดียว
