Ishlash haroratining PTFE isitgich qoplamalarining mexanik kuchiga ta'siri qanday?

PTFE xona haroratida mustahkam, bardoshli materialdir. Biroq, harorat oshishi bilan uning mexanik xususiyatlari keskin o'zgaradi. Ushbu o'zgarishlarni tushunish PTFE suv isitgichlarini dizayn konvertida to'g'ri ishlatish uchun muhimdir. PTFE isitgichining qobig'i nafaqat kimyoviy qarshilikni ta'minlaydi. Shuningdek, u atrofdagi suyuqlikning bosimiga qarshi turishi, vaqt o'tishi bilan deformatsiyaga qarshi turishi va shaklini saqlab turishi kerak. Bu mexanik funktsiyalarning barchasi harorat oshishi bilan yomonlashadi. Shunday qilib, haroratning PTFE mexanik kuchiga ta'siri PTFE immersion isitgichlarini belgilaydigan, o'rnatadigan yoki ishlatadigan har bir kishi uchun muhim ahamiyatga ega.

Harorat PTFE ning molekulyar tuzilishiga qanday ta'sir qiladi
PTFE yarim kristalli polimerdir. Amorf (tartibsiz) qismlar bilan kesishgan kristall bo'limlarda molekulyar zanjirlar xona haroratida zich joylashgan. Ushbu struktura PTFE ga o'ziga xos kuch, past ishqalanish va kimyoviy inertlikni beradi, harorat ko'tarilgach, molekulyar tebranishlar kuchayadi va amorf qismlar kristall qismlar erishidan oldin yumshay boshlaydi.

Immersion isitgichlar xizmatida PTFE ning umumiy kelishilgan maksimal uzluksiz foydalanish harorati 110ºC. Bu chegara injiq emas. Bu haroratda uchta alohida mexanik o'zgarishlar tez sodir bo'ladi:

Kamroq tortishish kuchi - PTFE qoplamasini cho'zish yoki yirtish uchun zarur bo'lgan kuch miqdori sezilarli darajada kamayadi.

Ko'tarilgan emirilish - Doimiy yuk ostida (masalan, suyuqlik bosimi yoki qarshilik simidan keladigan ichki kuch), PTFE vaqt o'tishi bilan asta-sekin egiluvchan bo'ladi.

• Pastroq bosim qarshiligi - G'ilof differensial bosim ostida yiqilib tushishga yoki havo shariga ko'proq moyil bo'ladi.

Ma'lum bo'lishicha, PTFE 327 darajagacha erimaydi, ammo uning mexanik foydaliligi bundan ancha oldin tugaydi. Daldırma isitish moslamalari uchun uzluksiz ishlash uchun mumkin bo'lgan yuqori chegara 110 daraja.

Harorat bilan tortishish kuchining o'zgarishi
Cho'zilish kuchi - bu material sinishidan oldin olishi mumkin bo'lgan eng yuqori kuchlanish (cho'zilish) kuchlanishidir. PTFE uchun bu xususiyat harorat bilan monoton ravishda kamayadi. Quyidagi jadval an'anaviy sinov protseduralarining taxminiy qiymatlari bilan bog'liq (ASTM D638).

Harorat (daraja) Harorat (F daraja) Taxminan valentlik kuchi (MPa) Taxminan tortishish kuchi Xona haroratidagi qiymatning psi%.
23 73 21 – 28 3050 – 4060 100% 50 122 16 – 22 2320 – 3190 75 – 80% 80 176 12 – 16 1740 – 2320 55 – 60% 100 212 9 – 13 1305 – 1885 45 – 50% 110 230 7 – 11 1015 – 1595 35 – 45% 120 248 5 – 8 725 – 1160 25 – 30% 
Eslatma: Qiymatlar ko'rsatkichdir, haqiqiy kuchlanish kuchi PTFE darajasiga, kristallik darajasiga va sinov shartlariga bog'liq.

PTFE ning 100 gradusdagi kuchlanish kuchi 23 gradusdagining yarmiga teng. 110 daraja haroratda u atrof-muhit harorati qiymatining taxminan 40% ga tushadi. Suyuqlik bosimi, termal kengayish yoki ishlov berish tufayli mexanik kuchlanishning sezilarli darajada kamayishi yuqori haroratlarda shikastlanish ehtimolini ancha oshiradi.

Siqilish va yuk deformatsiyasi
Yuqori haroratlarda PTFE ning asosiy kamchiliklaridan biri uning emirilish tendentsiyasidir. Tortishish - doimiy yuk ostida vaqt o'tishi bilan moddaning buzilishi. Metalllarning emirilish harorati pastroq bo'lsa-da, PTFE atrof-muhit ustidagi har qanday haroratda singib ketadi. Suzilish tezligi harorat bilan eksponent ravishda o'sib boradi.

PTFE isitish moslamasi uchun qo'llaniladigan yuklar:

Tashqi suyuqlik bosimi - Chuqur rezervuarlardagi gidrostatik bosim har bir metr chuqurlik uchun 0,1 barga yetishi mumkin. Bu bosim 2-3 metrda minimal bo'ladi, lekin ko'tarilgan harorat bilan birlashtirilganda, u qobiqning asta-sekin qulashi yoki chuqurlashishiga olib kelishi mumkin.

Qarshilik simidan ichki kuchlanishlar - Metall isitish elementi PTFE ichiga o'rnatilgan. Metall va PTFE ning differentsial termal kengayishi ichki kuchlanishni keltirib chiqaradi. Yuqori haroratda PTFE bu stresslarni g'ilofning shaklini o'zgartirishi mumkin bo'lgan emirilish orqali engillashtiradi.

Siqilish yoki o'rnatish kuchlari - Isitgichga qo'llaniladigan har qanday mexanik cheklov (masalan, qavslar, gardishlar yoki tayanchlar) mahalliy kuchlanish kontsentratsiyasiga olib kelishi mumkin. O'rmalanish PTFE ning yuqori bosim nuqtalaridan oqib ketishiga olib kelishi va bo'shashishi yoki muhrning buzilishiga olib kelishi mumkin.

Amalda qisqa muddatda o'rmalanish kamdan-kam hollarda halokatli bo'ladi. 105 graduslik isitgich oylar va hatto yillar davomida aniq buzilishlarni ko'rsata olmaydi. Ammo vaqt o'tishi bilan siljish muayyan joylarda g'ilofning ingichka bo'lishiga olib kelishi mumkin, bu esa dielektrik kuch va mexanik himoyani kamaytiradi. Eng muhimi, PTFE qobig'i va terminal muhri o'rtasidagi aloqada o'rmalash namlik yoki korroziv bug'larning isitgichga etib borishiga imkon beradi.

Yiqilish yoki havo sharlari xavfi va bosimga qarshilik
PTFE isitgich qoplamalari bosimli idishlar emas. Ular ichki va tashqi atmosfera bosimida yoki yaqinida ishlash uchun mo'ljallangan. Qarshilik simi joylashgan ichki kamera bosim ostida emas, u PTFE yoki atrof-muhit bosimida havo bilan to'ldiriladi. Bosim bilan bog'liq ikkita nosozlik mexanizmi quyidagicha:

Tashqi bosimning tushishi - Agar tashqi suyuqlik bosimi ichki bosimdan ancha yuqori bo'lsa, qobiq ichkariga tushishi mumkin. Bu yuqori haroratlarda ko'proq bo'ladi, chunki PTFE ning elastik moduli (qattiqligi) kamayadi. Yiqilish odatda g'ilofning tekislangan yoki chuqurlashgan qismini anglatadi.

Ichki bosimli ballonlash - Issiq, yumshatilgan PTFE gazning chiqishi yoki tiqilib qolgan gaz kengayishi tufayli ichki bo'shliq bosimga tushib qolsa, tashqariga chiqishi mumkin. Kamroq tarqalgan, ammo isitish moslamasi ichidagi namlik bug'ga aylanishi mumkin.

Ikkala nosozlik turi ham PTFE mexanik quvvat haroratining ta'siri bilan bevosita boshqariladi. PTFE doimiy deformatsiyalarsiz 23 gradusda bir necha bar differensial bosimga bardosh bera oladi. 110 gradusda bir xil differensial bosim bir zumda qulashi yoki havo shariga olib kelishi mumkin. Shuning uchun PTFE isitgichlarini yuqori bosimli ilovalar uchun yoki tez bosim o'zgarishi mumkin bo'lgan joylarda ishlatmaslik kerak.

Uzluksiz 110 daraja chegarasidan oshib ketish oqibatlari
110 darajadan biroz yuqori bo'lgan qisqa ekskursiyalar tezda muvaffaqiyatsizlikka uchramasdan toqat qilinishi mumkin. Ammo agar siz ushbu chegaradan qayta-qayta oshib ketsangiz yoki uzoq vaqt davomida siz uzoq muddatli zararga olib kelishi mumkin. Kuzatilgan oqibatlarga quyidagilar kiradi:

Qopqoqni yupqalash va lokalizatsiya nuqtalari: Creep PTFE ning eng issiq hududlardan oqib chiqishiga imkon beradi va g'ilofni yupqalashtiradi. Yupqa hududlar yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Ushbu ijobiy geribildirim davri mahalliy issiq nuqtalarning tezroq isishiga olib keladi.

Dielektrik kuchini yo'qotish - Qoplamning yupqalashtirilgan qismlari elektr izolyatsiyasining chegarasini pasaytiradi va buzilish xavfini oshiradi.

Doimiy deformatsiya - PTFE singib ketgan yoki egilganidan keyin sovutish uni asl shakliga qaytarmaydi. Yiqilgan yoki shishgan g'ilofni tuzatishning hech qanday usuli yo'q.

Muhrning nosozligi - Sovuq zonadagi muhr PTFE niqobi ostida va klemens majmuasi o'rtasida yaxshi mos kelishiga tayanadi. Creep bu moslikni bo'shatishi va suyuqlik yoki bug'ning kirishiga imkon berishi mumkin.

Shuni ta'kidlash kerakki, 110 graduslik chegara PTFE qobig'i harorati uchun, suyuqlikning massa harorati emas. To'g'ri qurilgan isitgichda issiqlikning qarshilik simidan suyuqlikka samarali o'tkazilishi tufayli qobiq harorati suyuqlik haroratidan bir oz yuqoriroqdir. Ammo yuqori vatt zichligi (birlik sirt maydoni uchun quvvat) yoki suyuqlik darajasi qizdirilgan qismdan past bo'lsa, g'ilofning harorati suyuqlikning o'zi 110 darajadan past bo'lsa ham, suyuqlik haroratidan katta farq qilishi mumkin.

Yuqori -harorat xizmati vatt zichligi-bahosi
PTFE ning mexanik kuchi haroratga- bog'liq va bu materialning stressga qarshilik ko'rsatish qobiliyatiga ta'sir qiladi va shuning uchun 110 darajaga yaqin ishlaydigan suv isitgichlari past haroratlarda ishlatiladigan isitgichlarga qaraganda kamroq vatt zichligiga ega bo'lishi kerak. Vatt zichligi isitish sirtining maydoni bo'yicha quvvat ishlab chiqarishdir va odatda kvadrat dyuym uchun vattlarda (Vt / 2) yoki kvadrat santimetr uchun vattlarda (Vt / sm 2) ifodalanadi.

PTFE suv isitgichlari uchun umumiy ko'rsatmalar:

Qabul qilinadigan vatt zichligi 25-30 Vt/in2 (3,9-4,7 Vt/sm2) gacha, 60 daraja (140 daraja F) haroratda.

60-90 daraja (140-194 daraja F) - past vatt zichligi 15-20 Vt / in 2 (2,3-3,1 Vt / sm 2).

90-110 daraja (194-230 daraja F) - Vatt zichligini 10-15 Vt/in² (1,6-2,3 Vt/sm²) ga yanada kamaytirish talab etiladi.

110 darajadan yuqori (230 daraja F) - PTFE suvga cho'mdiruvchi isitgichlar ko'pincha uzoq muddat foydalanish uchun tavsiya etilmaydi.

Amalda, bu qiymatlar maxsus dastur uchun sozlanishi kerak. Yuqori vatt zichligi yuqori issiqlik uzatish koeffitsientiga ega bo'lgan qo'zg'atilgan vannalarda chidash mumkin. Turg'un yoki yopishqoq suyuqliklar uchun past vatt zichligi kerak. Maqsad, PTFE qobig'ining harorati hech qanday joyda, hatto ichki qarshilik simi yaqinidagi eng issiq joylarda ham 110 darajadan yuqori bo'lmasligini kafolatlashdir.

Haroratni nazorat qilish himoya sifatida
110 daraja chegarasiga rioya qilish uchun haroratni aniq o'lchash va ishonchli nazorat qilish kerak. Immersion isitgichlar isitish elementiga iloji boricha yaqinroq yoki PTFE qobig'ining ichida harorat sensori (termojuft yoki RTD) bo'lishi kerak. Tekshirish moslamasida ruxsat etilgan maksimal harorat chekloviga zaxira sifatida yuqori-cheklangan xavfsizlik chegarasini qo'shing.

Ma'lum bo'lishicha, PTFE isitgichlarining muddatidan oldin ishdan chiqishining aksariyati belgilangan haroratning juda yuqori bo'lishi bilan emas, balki mahalliy qizib ketish bilan bog'liq. Mahalliy qizib ketishga olib keladigan omillar:

Isitilgan qobiqning bir qismini havoga ta'sir qiladigan past suyuqlik darajasi.

G'ilof yuzasida ifloslanish, issiqlik o'tkazuvchanligini kamaytirishga olib keladi.

Isitgich atrofida yomon havo oqimi, natijada turg'un joylar paydo bo'ladi.

Ichki sim va g'ilof yuzasi o'rtasida yuqori haroratli gradientga olib keladigan yuqori vatt zichligi.

Ushbu shartlarning har biri suyuqlik harorati 110 darajadan past bo'lsa ham, qobiq haroratini zararli darajaga ko'tarishi mumkin.

Xulosa
Ishlash harorati PTFE qobig'ining mexanik yaxlitligiga bevosita ta'sir qiladi. Haroratning PTFE ning mexanik kuchiga ta'siri valentlik kuchini yo'qotishiga, emirilishga moyilligini oshirishga va atrof-muhitdan yuqori haroratlarda materialning bosimga chidamliligini pasayishiga olib keladi. 110 graduslik uzluksiz xizmat ko'rsatish chegarasida PTFE xona haroratining valentlik kuchining atigi 40% ni saqlab qoladi va o'tish tezligi uzoq muddatli deformatsiyani keltirib chiqaradigan darajada sezilarli bo'ladi.

110C chegarasi ixtiyoriy raqam emas, balki mexanik chegaradir. Ushbu chegaradan oshib ketish g'ilofning qulashi, havo sharlari, yupqalashi, muhrning buzilishi va yakuniy elektr uzilishiga olib kelishi mumkin. Shunday qilib, haroratni nazorat qilish va to'g'ri vatt zichligi isitgichning ishlash muddatini saqlab qolish uchun juda muhimdir. PTFE qoplamasi o'zi ishlab chiqilgan harorat sharoitida va maqbul issiqlik uzatish sharoitlarida ishlaganda mexanik kuchini saqlab qoladi va ichki isitish elementini yillar davomida ishonchli ishlashi uchun himoya qiladi.