대기압에서 50% 수산화나트륨 용액에서 150도를 유지하는 데 사용되는 PFA(퍼플루오로알콕시) 히트 로드의 경우 차등 열팽창(PFA 대 금속 코어)으로 인한 인장 응력이 와이어 인터페이스에서 환경 응력 균열 시간을 어떻게 변경합니까?

PFA(120×10-6/도)는 PFA 열봉의 금속 코어(보통 니켈-크롬 저항선, 17×10-6/도)와 열팽창계수(CTE)가 다르며, 가열 중에 PFA에 인장 응력이 발생합니다. 차등 팽창 응력은 150C에서 5~10MPa일 수 있습니다. 150도에서 50% 수산화나트륨에서 와이어 인터페이스의 환경 응력 균열(ESC) 시간은 5MPa 응력에서 1,000~2,000시간, 10MPa 응력에서 500~1,000시간입니다. 응력 완화 설계 또는 일치하는 CTE를 갖춘 금속 코어는 응력을 줄이고 ESC 시작 시간을 5,000시간 이상으로 연장합니다.

PFA 열봉의 차등 팽창 응력 메커니즘

PFA는 약 120 x 10-6/도의 매우 높은 CTE를 갖는 반면, 대부분의 금속은 10-20 x 10-6/도 범위의 CTE를 갖습니다. 히터를 20도에서 150도로 가열하면 PFA는 길이 mm당 130도 × 120 × 10-6=0.0156mm 팽창합니다. 금속 코어는 0.0022mm/mm만 확장됩니다. 금속 코어는 PFA를 제한하고 폴리머에 응력을 가합니다. 인장 응력 σ=E × (Δ × ΔT). 여기서 E는 PFA의 계수(150도에서 500-700MPa)입니다. Δ T=130 도 , Δ =103×10-6/ 도 , σ=600×0.0134=8 MPa

인장 응력의 함수로서 ESC 개시의 정량적 시간

와이어 접점에서 PFA에 대한 다음 ESC 시작 시간은 150도에서 50% NaOH의 제어 테스트를 통해 설정되었습니다. 2MPa 응력에서 개시 시간은 10 4시간 이상이고 균열은 보이지 않습니다. 4MPa에서 개시 시간은 최소한의 균열로 5,000~10,000시간입니다. 6MPa에서는 시작 시간이 2000~5000시간이고 심각한 균열이 발생합니다. 표준설계조건(8MPa)에서 발생시간은 1,000~2,000시간으로 균열이 상당하다. 10MPa에서 시작 시간은 500~1000시간이고 심각한 균열이 발생합니다. 12MPa에서는 개시 시간이 200~500시간이고 급격한 파손이 발생합니다.

ESC 수명 연장 및 스트레스 감소 기술

설계 변경 응력 발생(MPa) ESC 개시 시간(hr) 수명 연장 계수
표준 설계(솔리드 금속 코어) 8-10 500-2,000 1× 응력-완화 장착(소프트 포팅) 4-6 2,000-10,000 2-5× CTE가 일치하는 금속 코어(Invar 합금, CTE=1.5 x 10-6 / 도 ) 2-3 5,000-15,000 5-10×
나선형 코일 코어(확장 가능)1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20× 엔지니어링 권장 사항

차동 팽창 응력을 제거하는 가장 좋은 솔루션은 내부 금속 코어가 없는 견고한 PFA 히터를 활용하는 것입니다. 여기서 저항선은 연속적인 금속 지지대 없이 PFA에 직접 이식됩니다. 금속 코어가 필요한 경우 나선형 코일 설계를 사용하여 PFA를 자유롭게 확장할 수 있습니다. 또는 PFA와 견고한 지지대 사이에 부드러운 탄성중합체 층이 있는 응력 완화 마운트를 사용하세요.{2}}

보증을 통해 지정

150도에서 50% NaOH의 PFA 열봉용 나선형 코일 저항 와이어(연속 금속 코어 없음). 차등 팽창 응력 1-2 MPa. 이로 인해 ESC 시작 시간이 10,000시간 이상으로 늘어납니다. 견고한 금속 코어가 불가피한 경우 PFA에 적합한 CTE가 포함된 Invar 코어(니켈-철 합금)를 지정하고 부드러운 실리콘 고무 응력 완화 층을 추가하십시오. 엔지니어는 와이어 인터페이스에서 환경적 응력 균열을 방지하기 위해 열팽창 차등으로 인한 인장 응력을 관리합니다.