धातु कोर पर पीएफए एक्सट्रूज़न के दौरान, पॉलिमर 350-400 डिग्री पर डाई से बाहर निकलता है और कमरे के तापमान तक ठंडा हो जाता है। शीतलन दर यह निर्धारित करती है कि पॉलिमर श्रृंखलाएं अपनी जगह पर कैसे जम जाती हैं, जो सीधे तैयार हीटर शीथ में अवशिष्ट तनाव वितरण को नियंत्रित करती हैं। धीमी गति से शीतलन (5-10 डिग्री प्रति मिनट) जंजीरों को आराम करने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप कम अवशिष्ट तनाव (1-3 एमपीए) दीवार की मोटाई के माध्यम से समान रूप से वितरित होता है। तेज़ शीतलन (50-100 डिग्री प्रति मिनट, उदाहरण के लिए, पानी बुझाना) एक उन्मुख स्थिति में श्रृंखलाओं को जमा देता है, जिससे आंतरिक और बाहरी सतहों पर उच्च अवशिष्ट तनाव (5-10 एमपीए) केंद्रित होता है। 2 मिमी मोटी पीएफए शीथ के लिए, तेजी से ठंडा करने से आंतरिक सतह (पीएफए - मेटल इंटरफेस) पर 6-8 एमपीए का तन्य तनाव और बाहरी सतह पर 4-6 एमपीए का संपीड़न तनाव पैदा होता है। यह तनाव वितरण पर्यावरणीय तनाव दरार को तेज करता है और थर्मल साइक्लिंग के दौरान प्रदूषण को बढ़ावा देता है। उच्च विश्वसनीयता वाले हीटरों के लिए धीमी शीतलन को प्राथमिकता दी जाती है।
शीतलन दर तंत्र और तनाव सृजन
जैसे ही बाहर निकाला गया पीएफए ठंडा होता है, बाहरी सतह सबसे पहले जम जाती है क्योंकि यह ठंडी हवा या पानी के संपर्क में आती है। आंतरिक सतह (धातु कोर के विपरीत) लंबे समय तक पिघली रहती है क्योंकि गर्म कोर ठंडा होने को धीमा कर देता है। यह विभेदक ठोसकरण दीवार पर एक तापीय ढाल बनाता है। जब बाहरी त्वचा जम जाती है और सिकुड़ जाती है, तो यह स्थिर पिघली हुई आंतरिक सामग्री को बाहर की ओर खींचती है, जिससे बाहरी परत में तनाव और आंतरिक परत में संपीड़न पैदा होता है। जैसे ही आंतरिक परत अंततः ठोस और सिकुड़ती है, यह तनाव की स्थिति को उलटते हुए पीछे हट जाती है। अंतिम अवशिष्ट तनाव शीतलन दर और धातु कोर की बाधा पर निर्भर करता है।
तेजी से बुझने वाले म्यान (20 डिग्री पर पानी का स्नान, शीतलन दर 80 डिग्री/मिनट) के लिए, बाहरी त्वचा 2-3 सेकंड के भीतर जम जाती है। भीतरी परत को 200 डिग्री से नीचे ठंडा होने में 30-60 सेकंड का समय लगता है। बाहरी परत तन्य तनाव (3-5 एमपीए) में बंद हो जाती है जबकि आंतरिक परत सिकुड़ती बाहरी परत के तनाव (5-8 एमपीए) के तहत जम जाती है। परिणाम: आंतरिक सतह तनाव में (खराब), बाहरी सतह तनाव में (कम खराब)। आंतरिक सतह पर तनाव पीएफए-धातु इंटरफ़ेस पर दरार की शुरूआत को बढ़ावा देता है।
धीमी गति से ठंडा होने वाले शीथ के लिए (तापमान नियंत्रित ओवन में हवा का ठंडा होना, 8 डिग्री/मिनट), दीवार के पार तापमान प्रवणता न्यूनतम होती है। पूरी दीवार लगभग एक साथ जमती है। अवशिष्ट तनाव कम (1-2 एमपीए) है और मुख्य रूप से आंतरिक सतह पर संपीड़ित है (अच्छा है, क्योंकि संपीड़न माइक्रोक्रैक को बंद कर देता है)।
अवशिष्ट तनाव बनाम शीतलन दर
| ठंडा करने की विधि | शीतलन दर (डिग्री/मिनट) | आंतरिक सतह तनाव (एमपीए) | बाहरी सतह तनाव (एमपीए) | इंटरफ़ेस पर तनाव का प्रकार | प्रदूषण का खतरा |
|---|---|---|---|---|---|
| ओवन धीमी गति से ठंडा (एनील्ड) | 5–10 | −1 से −2 (संपीड़ित) | −1 से −2 (संपीड़ित) | कंप्रेसिव (अच्छा) | बहुत कम |
| हवा ठंडी (कमरे का तापमान, स्थिर हवा) | 15–25 | +1 से +3 (तन्यता) | 0 से +1 (तन्यता) | हल्का तन्यता | कम |
| ज़बरदस्ती हवा (पंखा) | 30–50 | +3 से +5 | +1 से +3 | मध्यम तन्यता | मध्यम |
| पानी बुझाना (ठंडा) | 60–100 | +6 से +10 | +3 से +6 | उच्च तन्यता | उच्च |
| बर्फ का पानी बुझाना | 100–150 | +10 से +15 | +5 से +10 | बहुत उच्च तन्यता | बहुत ऊँचा |
नोट: सकारात्मक मान (+) तन्य तनाव को दर्शाते हैं; नकारात्मक (-) संपीड़न तनाव को इंगित करता है।
अवशिष्ट तनाव हीटर के प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करता है
पीएफए - धातु इंटरफ़ेस पर उच्च अवशिष्ट तन्य तनाव (तेजी से ठंडा होने से) के तीन नकारात्मक परिणाम होते हैं:
त्वरित पर्यावरणीय तनाव दरार: आक्रामक रसायनों (एसिड, क्लोरीनयुक्त सॉल्वैंट्स) की उपस्थिति में, तनावग्रस्त इंटरफ़ेस कम लागू तनाव पर टूट जाता है। 8 एमपीए अवशिष्ट तनाव वाला हीटर 500 घंटों के भीतर 90 डिग्री पर 30% एचसीएल में दरार डाल सकता है; 2 एमपीए अवशिष्ट तनाव वाला वही हीटर 5,000 घंटे तक चलता है।
तापीय चक्र जीवन में कमी: प्रत्येक हीटिंग/कूलिंग चक्र अवशिष्ट तनाव में थर्मल विस्तार तनाव जोड़ता है। जब योग पीएफए की उपज शक्ति (12-15 एमपीए) से अधिक हो जाता है, तो इंटरफ़ेस उपज देता है। एक तेज़ {{4}ठंडा हीटर (अवशिष्ट 8 एमपीए) प्लस थर्मल तनाव (5 एमपीए) 13 एमपीए {{8}वायु के करीब पहुंच जाता है। एक धीमी गति से ठंडा किया गया हीटर (अवशिष्ट 2 एमपीए) प्लस थर्मल तनाव (5 एमपीए) 7 एमपीए तक सुरक्षित पहुंच जाता है।
समयपूर्व प्रदूषण: तन्य तनाव पीएफए को धातु कोर से दूर खींचता है, जिससे सूक्ष्म अंतराल पैदा होता है। नमी अंतरालों में समा जाती है, और बाद में गर्म करने से नमी भाप में बदल जाती है, जिससे आवरण में छाले पड़ जाते हैं।
जांच और विशिष्टता
Residual stress can be measured by cutting a ring of the PFA sheath, slitting it axially, and measuring the resulting curvature (radius of curvature method). Fast-cooled tubes curl into a tight circle (radius 20–50 mm); slow-cooled tubes remain nearly straight (radius >200 मिमी)।
खरीद विनिर्देशों के लिए, आवश्यक है: "पीएफए शीथ को एक्सट्रूज़न के बाद धीरे-धीरे ठंडा किया जाएगा, पिघलने से 100 डिग्री तक ठंडा करने की दर 15 डिग्री/मिनट से अधिक नहीं होगी।" स्वीकृति मानदंड के साथ एएसटीएम डी6991 (स्लिट ट्यूब विधि) के अनुसार अवशिष्ट तनाव माप का अनुरोध करें: 100 मिमी लंबी रिंग के लिए वक्रता त्रिज्या 150 मिमी से अधिक या उसके बराबर।
निष्कर्ष: धीमी गति से शीतलन अवशिष्ट तनाव को 70-80% तक कम कर देता है
पीएफए एक्सट्रूज़न के दौरान शीतलन दर सीधे हीटर शीथ में अवशिष्ट तनाव वितरण को निर्धारित करती है। तेज़ शीतलन (पानी का शमन) पीएफए - धातु इंटरफ़ेस पर उच्च तन्यता तनाव (6-10 एमपीए) बनाता है, तनाव क्रैकिंग को तेज करता है, थर्मल चक्र जीवन को कम करता है, और प्रदूषण को बढ़ावा देता है। धीमी गति से शीतलन (5-15 डिग्री/मिनट, वायु या ओवन शीतलन) अवशिष्ट तनाव को 1-3 एमपीए (संपीड़न या कम तन्यता) तक कम कर देता है, जिससे आक्रामक सेवा में हीटर का जीवन 3-5× बढ़ जाता है। थर्मल साइक्लिंग या संक्षारक वातावरण के लिए नियत किसी भी हीटर के लिए, धीमी गति से शीतलन निर्दिष्ट करें और अवशिष्ट तनाव माप के साथ सत्यापित करें। अतिरिक्त प्रसंस्करण समय (घंटे बनाम मिनट) विनिर्माण लागत में 10-20% जोड़ता है लेकिन लंबे समय तक सेवा जीवन के माध्यम से इसका भुगतान करता है। तेज़ गति से ठंडा होने वाला हीटर एक विफलता की प्रतीक्षा कर रहा है। इसे धीरे-धीरे ठंडा करें, कम तनाव दें, देर तक गर्म करें। वह एक्सट्रूज़न नियम है.
