PFA va ichki metall yadro o'rtasidagi termal kengayishning nomuvofiqligi termal tsikl ostida biriktiruvchi qatlamning yaxlitligini qanday o'zgartiradi?

Har bir PFA{0}}kapsullangan suv isitgichi metall isitish yadrosiga ega, odatda Incoloy 825, titanium yoki zanglamaydigan po'lat 316, PFA qatlami bilan o'ralgan. PFA qatlami to'g'ridan-to'g'ri metallga ekstruziya qilinadi yoki oraliq yopishtiruvchi qatlamli-qisqartirilgan quvur sifatida qo'llaniladi. Ushbu biriktiruvchi qatlam odatda tijorat isitgichlarida 0,05-0,20 mm qalinlikda bo'ladi va ikkita muhim funktsiyaga ega: u issiqlikni metall yadrodan tashqi PFA qobig'iga o'tkazadi va namlikning kirib borishi va elektr oqishiga olib kelishi mumkin bo'lgan delaminatsiyani oldini oladi. PFA (100-120 ppm / daraja) va metall yadro (14-18 ppm / daraja) taxminan olti marta farq qiluvchi termal kengayish koeffitsientiga (CTE) ega. 30 sm uzunlikdagi PFA har bir isitish davri davomida atrof-muhitdan ish haroratiga (masalan, yuqori haroratli kislotali vannalar uchun 25 darajadan 150 darajagacha) metall yadrodan 0,8-1,2% ko'proq kengaytirishga intiladi. Kengayishdagi bu farq PFA-metall interfeysida bog‘langan hududning uchlarida yo‘naltirilgan tsiklik kesish kuchlanishiga olib keladi. Bog'lovchi qatlam, ko'pincha modifikatsiyalangan ftorpolimer yoki silan{24}}asosidagi yopishish promouteri, bu tsiklik kesish kuchlanishini nosozliksiz (yopishqoq yoki yopishqoq) qabul qilishi kerak. Haroratning takroriy aylanishi charchoq mexanizmlari bilan biriktiruvchi qatlamni asta-sekin yo'q qiladi, natijada mahalliy delaminatsiyaga va isitgichning muddatidan oldin ishdan chiqishiga olib keladi.

CTE nomuvofiqligi tufayli bog'lanish interfeysida kesish kuchlanishining rivojlanishi.
Issiqlik kengayish koeffitsientlaridagi farq bog'langan hududning uchlarida juda mahalliy bo'lsa-da, bir xil bo'lmagan kuchlanish maydonini hosil qiladi. PFA bilan to'liq o'ralgan 50 sm uzunlikdagi metall yadroli isitgichni oling. Erkin (bog'lanmagan) PFA 25 darajadan 150 gradusgacha qizdirilganda har bir sm uzunlikda taxminan 0,125 mm (CTE 110 ppm/daraja × 125 daraja=0.01375 mm/sm) yoki 50 sm dan 0,69 mm ga cho'ziladi. Erkin metall yadro har sm uchun 0,020 mm (CTE 16 ppm/daraja × 125 daraja=0.002 mm/sm) yoki 50 sm dan 0,10 mm ga kengayadi. 0,59 mm lik bu farqni biriktiruvchi qatlamning kesish deformatsiyasi bilan qoplash kerak. 50 sm uzunlikdagi birlashtiruvchi qatlam uchun o'rtacha kesish deformatsiyasi atigi 0,59 mm / 50 sm=0.0012 (0,12%), bu ahamiyatsiz. Biroq, biriktiruvchi qatlam uzunligi bo'ylab bir xil deformatsiyalanmaydi. Bog'langan maydonning o'rtasida PFA va metall birgalikda harakat qilishga majbur bo'ladi va nisbiy siljish nolga teng. Bog'langan hududning uchlari qisqa masofada -odatda 2-5 mm masofada joylashgan 0,59 mm differensial kengayishiga bardosh berishi kerak. Bu odatdagi deformatsiyadan 50 dan 100 martagacha bo'lgan siljish deformatsiyasida konsentratsiya faktoriga olib keladi. Qalinligi 0,10 mm bo'lgan birlashtiruvchi qatlamli an'anaviy PFA{37}}metall isitgichni chekli elementlarni modellashtirish haroratning 125 darajaga ko'tarilishi uchun bog'lanish uchlarida 15-25% darajasidagi eng yuqori kesish kuchlanishini taxmin qiladi.

Ko'pgina o'zgartirilgan floropolimer yopishtiruvchi moddalar uchun birlashtiruvchi qatlamdagi 15-25% kesish deformatsiyasi kesish moduliga (shisha o'tish haroratidan yuqori bo'lgan kauchuk holatda taxminan 20-30 MPa) asoslangan 3-6 MPa kesish kuchlanishiga tengdir. Ushbu kuchlanish darajasi yangi qo'llaniladigan biriktiruvchi qatlamning (odatda 8-12 MPa) yakuniy kesish kuchidan past. Birlashtiruvchi qatlam bitta issiqlik aylanishidan omon qoladi. Shu bilan birga, bir xil cho'qqi siljish stressi har bir tsiklda takrorlanadi va charchoqning boshlanishiga olib keladi. Birlashtiruvchi qatlamning charchash muddatini quvvat qonuni bilan tavsiflash mumkin: Nf=A × (sshear)−b, bu erda b floropolimer yopishtiruvchi moddalar uchun odatda 5 dan 8 gacha. 5 MPa kuchlanish 10 000 tsiklda muvaffaqiyatsizlikka olib kelishi mumkin, ammo 3 MPa kuchlanish 50 000 tsikldan ortiq hayotni berishi mumkin. Amalda, bu shuni anglatadiki, 125 daraja harorat o'zgarishi bilan ishlaydigan isitgichlar (masalan, . 25 darajadan 150 darajagacha) yopishtiruvchi qatlamning ishlash muddati 5000-15000 tsiklni tashkil qiladi, lekin 60 graduslik tebranishli isitgich (masalan, . 30 90-010 gradusgacha davom etadi) sikllar.

Mexanizmlar va delaminatsiyaning tarqalishini aniqlash
Charchoqning shikastlanishi bog'lanish uchlarida boshlanganidan so'ng, delaminatsiya ikki yo'l orqali interfeys bo'ylab ichkariga tarqaladi. Birinchi mexanizm tsiklik kesish charchoqidir. Har bir issiqlik siklida bir xil siljish deformatsiyasi taqsimoti qo'llaniladi va yoriqning old qismi yoriq uchidagi kuchlanish intensivligi omiliga bog'liq holda siklda 10{11}}50 $\\mu$m ga tarqaladi. Delaminatsiyaning uzoqroq rivojlanishi bilan bog'langan uzunlik qisqaradi va yangi yoriq uchida kesish deformatsiyasi ortadi, chunki umumiy differentsial siljish qisqaroq qolgan bog'lanish uzunligi bo'ylab joylashtirilishi kerak. Ushbu ijobiy fikr tarqalishni oshiradi: butun bog'lanish uzunligining 10% gacha bo'lgan delaminatsiya dastlabki bog'lanish uchidan 10-20% yuqori bo'lgan yorilish uchining kesish shtammlarini boshdan kechiradi, bu esa uning tezroq tarqalishiga olib keladi. Ikkinchi usul - atrof-muhitga hujum. Kislota vannalari, gidroksidi tozalash eritmalari yoki nam xlor kabi korroziv xizmatlarda agressiv muhit kapillyar ta'sir orqali delaminatsiya bo'shlig'iga kiradi. Kimyoviy turlar biriktiruvchi qatlamning o'ziga yoki metall yadro yuzasiga hujum qiladi va delaminatsiyani sof mexanik charchoq sinishidan korroziyaga yordam beradigan yoriqga o'zgartiradi. Yarimo'tkazgichli ho'l dastgohlarda ishlatiladigan PFA isitgichlarining maydondagi nosozliklar tahlili shuni ko'rsatadiki, delaminatsiya buzilishining 70% suyuqlik chizig'i ustidagi quruq (yuqori) bog'lanish uchida 30% ga nisbatan texnologik suyuqlik ta'sirida bo'lgan bog'lanish uchlarida sodir bo'ladi. Bu shuni ko'rsatadiki, atrof-muhitning ifloslanishi buzilishni 3-5 marta oshiradi.

Favqulodda qulashdan oldin birlashtiruvchi qatlamning delaminatsiyasini aniqlash uchun davriy elektr sinovlari talab qilinadi. Butun PFA bilan to'liq bog'langan PFA isitgichining metall yadrosi va tashqi tuproq elektrodi o'rtasidagi sig'im vaqt davomida barqaror bo'ladi. Delaminatsiya jarayonida interfeysda havo bo'shlig'i hosil bo'ladi. Havoning dielektrik o'tkazuvchanligi taxminan 1,0 ga, PFA esa 2,1 ga teng. Shunday qilib, ajratilgan qism pastki-sig'imli qism sifatida namoyon bo'ladi. Isitgich uzunligi bo'ylab sig'imni segmentlangan tashqi elektrod yordamida yoki bitta elektrod qisqichini tarjima qilish orqali o'lchang. Lokalizatsiyalangan delaminatsiya qo'shni 5 sm bo'laklar orasidagi sig'imning 15% dan ortiq o'zgarishi bilan ko'rsatiladi. Agar isitgichda PFA qobig'i ichiga o'rnatilgan tuproq tekisligi bo'lsa (xavfsizlik darajasiga ko'ra{11}}odatda), metall yadro va tuproq tekisligi orasidagi izolyatsiya qarshiligini o'lchang. Qiymatlar 6-12 oy davomida 100–500 MŌ dan 10–50 MŌ gacha tushib ketdi, bu bo'shliqqa sezilarli darajada delaminatsiya va namlik infiltratsiyasini ko'rsatadi.

Bog'lanish qatlami dizaynidagi o'zgarishlar va charchoq harakati
Barcha PFA-metallarni-bog'lash usullari harorat aylanishida bir xil darajada samarali emas. To'rtta tipik qurilish strategiyasi mavjud bo'lib, ularning har biri CTE mos kelmasligi stressiga turlicha javob beradi. Birinchi, eng charchoqqa chidamli yondashuv kimyoviy ishlangan metall yadroni reaktiv guruhlar (maleik angidrid yoki shunga o'xshash birlashtiruvchi moddalar) bilan o'zgartirilgan PFA astar qatlami bilan birlashtiradi. Astar metall oksidi qatlami bilan kimyoviy reaksiyaga kirishib, oddiygina yopishtiruvchi emas, balki kovalent interfeys hosil qiladi. Ushbu tuzilma DT=100 darajada birlashtiruvchi qatlamni kesishning charchoq muddatini 50 000 dan 100 000 tsiklgacha beradi. Ikkinchi yondashuv mexanik blokirovkani o'z ichiga oladi, bu erda metall yadro qo'pol sirtga (Ra=3–5 mkm) qumlanadi va PFA qo'shimcha yopishtiruvchisiz qo'pol sirtga to'g'ridan-to'g'ri ekstrude qilinadi. PFA mexanik qulfni keltirib chiqaradigan sirt asperliklariga kirib boradi. Bu yondashuv 20 000 - 40 000 sikl charchoq muddatiga olib keladi, biroq boshqa mexanizm bilan ishlamay qoladi, ya'ni PFA bog'lanish qatlamining birikkan holda ishlamay qolishi o'rniga asperliklarni yo'q qiladi. Uchinchi usul sirt ishlovisiz silliq metall yadro ustidagi issiqlik bilan qisqartirilgan PFA trubasining qisqarishidan qolgan halqaning siqilishiga asoslangan. Charchoqning ishlash muddati yopishqoq kimyoga qarab juda katta farq qiladi, 2000 dan 15000 tsiklgacha.

Quyidagi jadvalda issiqlik siklining kattaligi (DT), maksimal ish harorati va kimyoviy muhitning og'irligiga qarab har bir ishlab chiqarish usuli uchun biriktiruvchi qatlamning taxminiy charchoq muddati ko'rsatilgan.

Qurilish usuli Bog'lanish sikl boshiga Maks DT (daraja)