जब हीटर को एक टैंक में यांत्रिक समर्थन के रूप में उपयोग किया जाता है तो पीएफए ​​के गैर-{0}}रैखिक रेंगने वाले व्यवहार की शुरुआत की भविष्यवाणी कैसे करें?

एक यांत्रिक समर्थन के रूप में पीएफए ​​विसर्जन हीटर का उपयोग करना {{0}उदाहरण के लिए, एक बाफ़ल प्लेट को पकड़ना, एक तापमान सेंसर का समर्थन करना, या एक संरचनात्मक सदस्य के रूप में कार्य करना {{1}पॉलीमर शीथ और बढ़ते निकला हुआ किनारा पर निरंतर स्थैतिक तनाव डालता है। पर्याप्त तनाव के तहत, पीएफए ​​रैखिक विस्कोइलास्टिक रेंगना (पुनर्प्राप्ति योग्य, समय स्वतंत्र तनाव दर) से गैर रैखिक रेंगना (तेजी से टूटने के कारण तनाव) में परिवर्तित हो जाता है। गैर-रेखीय रेंगना तब शुरू होता है जब लागू तनाव ऑपरेटिंग तापमान पर पॉलिमर की अल्पकालिक उपज शक्ति के लगभग 20-30% से अधिक हो जाता है। 100 डिग्री (उपज शक्ति लगभग 12-15 एमपीए) पर पीएफए ​​के लिए, महत्वपूर्ण तनाव सीमा 2.5-4.5 एमपीए है। 3 एमपीए से अधिक झुकने वाले तनाव के साथ समर्थन के रूप में उपयोग किया जाने वाला हीटर 500-2,000 घंटों के भीतर गैर-रैखिक रेंग में प्रवेश करेगा, जिससे स्थायी विरूपण होगा, समर्थन बिंदुओं पर दीवार पतली हो जाएगी और अंततः म्यान टूट जाएगा। शुरुआत की भविष्यवाणी करने के लिए लागू यांत्रिक भार से अधिकतम निरंतर तनाव की गणना करने और तापमान पर निर्भर रेंगने की सीमा से तुलना करने की आवश्यकता होती है।

पीएफए ​​में रैखिक बनाम गैर-रैखिक रेंगना

रैखिक विस्कोइलास्टिक शासन (दहलीज से नीचे तनाव) में, पीएफए ​​एक निरंतर रेंगना दर पर विकृत होता है: ε=σ × जे(टी), जहां जे(टी) रेंगना अनुपालन (समय{{1}निर्भर लेकिन तनाव-स्वतंत्र) है। उतारने पर विकृति ठीक हो जाती है, और सामग्री स्थायी क्षति जमा नहीं करती है। 10 सेमी लंबाई में वितरित 2 किलो द्रव्यमान (20 एन बल) का समर्थन करने वाले पीएफए ​​हीटर के लिए, 2 मिमी दीवार के साथ 25 मिमी व्यास ट्यूब में झुकने का तनाव लगभग σ=एम × वाई / आई है। केंद्र भार के साथ एक सरल समर्थित बीम के लिए, अधिकतम झुकने का क्षण एम=एफ×एल/4=20×0.1/4=0.5 एनएम। अनुभाग मापांक Z=π × (D⁴ - d⁴)/(32×D) ≈ 1.5e-6 m³। तनाव σ=एम/जेड=0.5 / 1.5e{26}} एमपीए-सीमा से काफी नीचे। ऐसा हीटर गैर-रैखिक रेंगने के बिना अनिश्चित काल तक भार का समर्थन करेगा।

गैर-{0}}रेखीय रेंगने वाले शासन (दहलीज से ऊपर तनाव) में, रेंगने की दर तनाव-निर्भर हो जाती है और समय के साथ तेज हो जाती है: ε=A × σ^n × t^m, जहां n > 3 और m > 1. सामग्री तृतीयक रेंगने में प्रवेश करती है, जहां रिक्तियां बनती हैं, दीवार की मोटाई स्थानीय रूप से कम हो जाती है, और भार एक छोटे क्रॉस अनुभाग पर केंद्रित होता है, जिससे विफलता में तेजी आती है। 20 किलो द्रव्यमान (200 एन) का समर्थन करने वाले पीएफए ​​हीटर के लिए, 100 डिग्री के लिए सीमा पर झुकने वाला तनाव=3.3 एमपीए{10}}। इस तनाव पर, 1,000-2,000 घंटों के बाद गैर-रैखिक रेंगना शुरू हो जाता है। ट्यूब स्पष्ट रूप से झुक जाएगी (5-10 मिमी विक्षेपण) और समय के साथ शिथिल होती रहेगी। धनुष के बाहरी त्रिज्या पर दीवार के पतले होने से 5,000 घंटों के भीतर स्थानीय मोटाई 2.0 मिमी से 1.5-1.7 मिमी तक कम हो जाती है, जिससे एक पारगम्य मार्ग बनता है।

तापमान-आश्रित क्रीप दहलीज

*25 मिमी ओडी × 2 मिमी दीवार ट्यूब पर केंद्र भार के साथ एक सरल समर्थित बीम (एल =200 मिमी) के लिए।

समय का उपयोग करके शुरुआत की भविष्यवाणी करना -तापमान सुपरपोजिशन सिद्धांत

किसी दिए गए लागू तनाव के लिए, गैर -रेखीय रेंगने की शुरुआत का समय अरहेनियस संबंध का अनुसरण करता है: t_onset=t_ref × exp[E_a/R × (1/T - 1/T_ref)], जहां E_a रेंगने के लिए सक्रियण ऊर्जा है (पीएफए ​​के लिए लगभग 80-100 kJ/mol), और t_ref एक संदर्भ तापमान और तनाव पर शुरुआत का समय है। 20% उपज सीमा पर तनाव के लिए, 100 डिग्री पर t_ref लगभग 1,500 घंटे है। 120 डिग्री पर, समान निरपेक्ष तनाव (उपज का प्रतिशत नहीं) के साथ, t_onset=1,500 × क्स्प[-90,000/8.314 × (1/393 - 1/373)]=1,500 × क्स्प[-10,825 × (0.00254 - 0.00268)]=1,500 × exp[-10,825 × (-0.00014)]=1,500 × क्स्प(1.52)=1,500 × 4.57=6,850 घंटे-लंबा क्योंकि तापमान के साथ उपज शक्ति गिरती है, इसलिए वही पूर्ण तनाव उपज का एक उच्च प्रतिशत है। इस विपरीत परिणाम का मतलब है कि गैर-रैखिक रेंगना शुरुआत तापमान पर निर्भर उपज के सापेक्ष पूर्ण तनाव से निर्धारित होती है, न कि केवल तापमान से।

व्यावहारिक भविष्यवाणी विधि: समर्थन के बिंदु पर पीएफए ​​शीथ में अधिकतम निरंतर तन्य तनाव को मापें या गणना करें (आमतौर पर समर्थन ब्रैकेट पर ट्यूब का बाहरी फाइबर)। तनाव अनुपात R=σ_लागू / σ_yield(T) प्राप्त करने के लिए इस तनाव को ऑपरेटिंग तापमान पर उपज शक्ति से विभाजित करें। यदि R <0.2 है, तो 10,000 घंटों के भीतर गैर-{6}}रैखिक रेंगना नहीं होगा। यदि आर=0.2-0.3, शुरुआत 1,000-5,000 घंटे पर होती है। यदि आर=0.3-0.4, 100-1,000 घंटे पर शुरू होता है। यदि आर > 0.4, तत्काल गैर--रैखिक रेंगना और 100 घंटों के भीतर विफलता।

फ़ील्ड सत्यापन और शमन

For an existing heater used as a mechanical support, measure deflection (bow) annually. A deflection increasing at an accelerating rate indicates non-linear creep. For a 1 m long heater, an initial bow of 2–3 mm that grows to 8–10 mm within 12 months signals onset. Replace the heater and redesign the support to reduce load. Mitigation strategies include: adding a separate support rod (metal) to bear the mechanical load while the heater only provides heat; using a larger diameter heater (32 mm vs. 25 mm increases section modulus by 60–80%, reducing stress); installing the heater vertically (axial load, not bending) where PFA has much higher creep resistance (compressive creep threshold >100 डिग्री पर 10 एमपीए); या धातु आस्तीन वाले हीटर (धातु कोर पर पीएफए) का उपयोग करना जहां धातु यांत्रिक भार वहन करती है। किसी भी स्थिति में, यांत्रिक समर्थन के रूप में पीएफए ​​हीटर का उपयोग अंतिम उपाय होना चाहिए। पॉलिमर का गैर-रैखिक रेंगने वाला व्यवहार इसे निरंतर संरचनात्मक कर्तव्य के लिए अविश्वसनीय बनाता है, खासकर 80 डिग्री से ऊपर।

निष्कर्ष: सतत तनाव को उपज शक्ति के 20% से कम रखें

यांत्रिक समर्थन के रूप में उपयोग किए जाने वाले पीएफए ​​हीटरों में गैर-{0}रेखीय रेंगना की शुरुआत तब होती है जब निरंतर तन्य तनाव पॉलिमर के तापमान पर निर्भर उपज शक्ति के 20-30% से अधिक हो जाता है। एक सामान्य 25 मिमी व्यास, 100 डिग्री पर 2 मिमी दीवार हीटर के लिए, यह सीमा 2.5-4.5 एमपीए है, जो एक साधारण झुकने वाले विन्यास में 120-200 एन (12-20 किलोग्राम) के यांत्रिक भार के अनुरूप है। इस सीमा के नीचे, हीटर सेवा के वर्षों में न्यूनतम स्थायी विरूपण के साथ रैखिक विस्कोलेस्टिक रेंगना प्रदर्शित करता है। इस सीमा से ऊपर, 100-5,000 घंटों के भीतर गैर-रेखीय रेंगना शुरू हो जाता है, जिससे प्रगतिशील झुकाव, दीवार का पतला होना और अंततः म्यान टूटना शुरू हो जाता है। संरचनात्मक समर्थन के रूप में हीटर की आवश्यकता वाले इंजीनियरों को या तो: (1) बड़े व्यास या छोटे स्पैन के माध्यम से लागू तनाव को 20% उपज सीमा से नीचे रखना चाहिए; (2) झुकने के बजाय ऊर्ध्वाधर (अक्षीय) लोडिंग का उपयोग करें; या (3) अलग-अलग धातु समर्थन प्रदान करें जो यांत्रिक भार सहन करते हैं, जिससे हीटर केवल अपने प्राथमिक हीटिंग कार्य को पूरा कर सके। गैर-रेखीय रेंगने से सबसे आम क्षेत्र विफलता तब होती है जब हीटर का उपयोग बाफ़ल सपोर्ट या मिक्सिंग बार के रूप में किया जाता है, जहां यांत्रिक भार अज्ञात होता है और अक्सर सीमा से अधिक होता है। इंस्टॉलेशन को डिज़ाइन करने से पहले लोड की मात्रा निर्धारित करें। समर्थित घटक के वजन के एक साधारण पैमाने के माप और झुकने वाले तनाव की गणना में 10 मिनट लगते हैं और एक विफलता को रोकता है जिसमें डाउनटाइम और प्रतिस्थापन में हजारों की लागत आ सकती है।