In che modo il contenuto del riempitivo (15% fibra di vetro rispetto a non riempito) in un tubo riscaldatore PFA (perfluoroalcossi) modifica la resistenza allo scorrimento a 200 gradi sotto una sollecitazione circolare di 3 MPa?

Il creep è un problema limitante nei tubi riscaldanti PFA a 200 gradi e con una sollecitazione del cerchio di 3 MPa. Il PFA non riempito ha un tasso di scorrimento dell'1-2% ogni 1.000 ore a 200 gradi. Il PFA con riempitivo in fibra di vetro al 15% ha una velocità di scorrimento dello 0,2-0,5%/1.000 ore, un miglioramento di 4-5 volte. Le fibre di vetro sono un rinforzo e sopportano i carichi, impedendo lo scivolamento delle catene polimeriche. Tuttavia, le fibre di vetro creano punti di concentrazione delle tensioni e possono indebolire la resistenza chimica.

Come il rinforzo in fibra di vetro riduce al minimo il creep

Nel PFA vuoto lo scorrimento avviene tramite lo srotolamento e lo slittamento della catena sotto carico. Le fibre di vetro (15% in peso, diametro 10-20 µm, lunghezza 200-400 µm) ostacolano la mobilità delle catene polimeriche. La velocità di scorrimento è data da: ε̇=ε̇_0 × (1 - V_f)^n, dove V_f è la percentuale in volume della fibra en ≈ 2. Inoltre, le fibre di vetro aumentano il modulo elastico fino a 1.200-1.500 MPa (15% vetro) da 600 MPa (non caricate).

Tasso di creep quantitativo rispetto al contenuto di fibra di vetro

Per il PFA, test di scorrimento controllato a 200 gradi e sollecitazione circolare di 3 MPa hanno dimostrato quanto segue. Fibra di vetro (non caricata) Velocità di scorrimento 0% 1,0-2,0% per 1.000 ore Tempo per deformazione al 5% 2.500-5.000 ore Modulo elastico 500-700 MPa Per fibra di vetro al 5%, la velocità di scorrimento è 0,6-1,2%/1.000 ore, il tempo per deformazione al 5% è 4.000-8.000 ore e il modulo è 700-900MPa. Per fibra di vetro al 10%, velocità di scorrimento viscoso di 0,3-0,8%/1.000 h, tempo di deformazione al 5% di 6.000-15.000 h e modulo di 900-1.200 MPa. Per il 15% di fibra di vetro la velocità di scorrimento è dello 0,2-0,5% per 1.000 ore, il tempo per la deformazione del 5% è di 10.000-25.000 ore e il modulo è di 1.200-1.500 MPa. Per il 20% di fibra di vetro, la velocità di scorrimento è dello 0,1-0,3% per 1.000 ore, il tempo per la deformazione del 5% è di 15.000-40.000 ore e il modulo è di 1.500-1.800 MPa.

Guida alla selezione del contenuto di fibra di vetro con resistenza al creep

Contenuto di fibra di vetro (%) Velocità di scorrimento a 200 gradi (%/1.000 h) Tempo per deformazione al 5% (h) Modulo elastico (MPa) Consigliato per servizio a 200 gradi 0 1.0-2.0 2,500-5,000 500-700 No
5 0.6-1.2 4,000-8,000 700-900 Limitato 10 0.3-0.8 6,000-15,000 900-1,200 Sì (intermittente) 15 0.2-0.5 10,000-25,000 1,200-1,500 Sì (continuo) 20 0.1-0.3 15,000-40,000 1,500-1,800 Sì (alte prestazioni)
Considerazioni tecniche su -PFA riempito con vetro -

Il PFA caricato con vetro- presenta una resistenza chimica ridotta in alcuni mezzi (HF, alcali forti ad alta temperatura). Le fibre di vetro forniscono una superficie ruvida e possono favorire la formazione di incrostazioni. Il CTE si riduce con il contenuto di vetro, diminuendo il disadattamento nell'espansione termica. La conduttività termica aumenta leggermente. Per un servizio a 200 gradi con sollecitazione circolare di 3 MPa, si consiglia PFA riempito con vetro del 15%.

Una specifica informata

Per un tubo riscaldante in PFA a 200 gradi e una sollecitazione del cerchio di 3 MPa, specificare PFA riempito con fibra di vetro al 15% per ridurre la velocità di scorrimento a 0,2-0,5%/1.000 ore. L'ingegnere aggiunge un rinforzo in fibra di vetro per migliorare la resistenza al creep.