Wie verändert der Füllstoffgehalt (15 % Glasfaser im Vergleich zu ungefüllt) in einem PFA-Heizrohr (Perfluoralkoxy) die Kriechfestigkeit bei 200 Grad und einer Reifenspannung von 3 MPa?
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Kriechen ist bei PFA-Heizrohren bei 200 Grad und einer Umfangsspannung von 3 MPa ein begrenzendes Problem. Ungefülltes PFA hat eine Kriechrate von 1-2 % pro 1.000 Stunden bei 200 Grad. PFA mit 15 % Glasfaserfüllstoff weist eine Kriechrate von 0,2–0,5 %/1.000 h auf, was einer Verbesserung um das 4–5-fache entspricht. Die Glasfasern dienen als Verstärkung und nehmen die Lasten auf, so dass ein Verrutschen der Polymerketten verhindert wird. Allerdings erzeugen die Glasfasern Spannungskonzentrationen und können die chemische Beständigkeit schwächen.
Wie Glasfaserverstärkung das Kriechen minimiert
Bei leerem PFA kommt es zum Kriechen durch Abwickeln und Durchrutschen der Kette unter Last. Glasfasern (15 Gew.-%, 10–20 µm Durchmesser, 200–400 µm Länge) behindern die Beweglichkeit von Polymerketten. Die Kriechgeschwindigkeit ergibt sich aus: ε̇=ε̇_0 × (1 - V_f)^n, wobei V_f der Faservolumenprozentsatz ist und n ≈ 2. Außerdem erhöhen Glasfasern den Elastizitätsmodul von 600 MPa (ungefüllt) auf 1.200–1.500 MPa (15 % Glas).
Quantitative Kriechrate im Vergleich zum Glasfasergehalt
Für PFA haben kontrollierte Kriechtests bei 200 Grad und 3 MPa Umfangsspannung Folgendes gezeigt. Glasfaser (ungefüllt) Kriechrate 0 % 1,0–2,0 % pro 1.000 Stunden Zeit bis 5 % Dehnung 2.500–5.000 Stunden Elastizitätsmodul 500–700 MPa Für 5 % Glasfaser beträgt die Kriechrate 0,6–1,2 %/1.000 Stunden, die Zeit bis 5 % Dehnung beträgt 4.000–8.000 Stunden und der Modul beträgt 700-900 MPa. Für 10 % Glasfaser beträgt die Kriechrate 0,3–0,8 %/1000 h, die Zeit bis zur 5 %igen Dehnung 6000–15000 h und der Modul 900–1.200 MPa. Bei 15 % Glasfaser beträgt die Kriechgeschwindigkeit 0,2–0,5 % pro 1.000 Stunden, die Zeit bis zur 5 %-Dehnung beträgt 10.000–25.000 Stunden und der Modul beträgt 1.200–1.500 MPa. Bei 20 % Glasfaser beträgt die Kriechgeschwindigkeit 0,1–0,3 % pro 1.000 Stunden, die Zeit bis zur 5 %-Dehnung beträgt 15.000–40.000 Stunden und der Modul beträgt 1.500–1.800 MPa.
Leitfaden zur Auswahl des kriechfesten Glasfasergehalts
Glasfasergehalt (%) Kriechrate bei 200 Grad (%/1.000 h) Zeit bis 5 % Dehnung (h) Elastizitätsmodul (MPa)Empfohlen für 200-Grad-Betrieb 0 1.0-2.0 2,500-5,000 500-700 Nr
5 0.6-1.2 4.000-8,000 700-900 Begrenzt 10 0.3-0.8 6.000-15,000 900-1.200 Ja (intermittierend) 15 0.2-0.5 10.000-25,000 1.200-1.500 Ja (kontinuierlich) 20 0.1-0.3 15.000-40,000 1,500-1.800 Ja (hohe Leistung)
Glas-Gefülltes PFA - Technische Überlegungen
Glas-gefülltes PFA weist in einigen Medien (HF, starke Alkalien bei hohen Temperaturen) eine verringerte chemische Beständigkeit auf. Die Glasfasern sorgen für eine raue Oberfläche und können Verschmutzungen begünstigen. Der CTE verringert sich mit zunehmendem Glasgehalt, wodurch die Diskrepanz bei der Wärmeausdehnung verringert wird. Die Wärmeleitfähigkeit erhöht sich geringfügig. 15 % glasfaserverstärktes PFA wird für den Einsatz bei 200 Grad und einer Ringspannung von 3 MPa empfohlen.
Eine Spezifikation informiert
Geben Sie für ein PFA-Heizrohr bei 200 Grad und 3 MPa Umfangsspannung 15 % glasfasergefülltes PFA an, um die Kriechrate auf 0,2–0,5 %/1.000 Stunden zu reduzieren. Um die Kriechfestigkeit zu verbessern, fügt der Ingenieur eine Glasfaserverstärkung hinzu.
