Roomamise eristus kõrgendatud temperatuuril
PTFE torud, mis on ette nähtud pidevaks kasutamiseks 260 kraadi juures, võivad 160 kraadi juures siiski roomata. 260-kraadine hinnang viitab polümeeri ahela termilise lagunemise{4}}keemilisele lagunemisele. Roomamine on mehaaniline deformatsioon püsiva pinge all ja selle kiirus sõltub konkreetsest PTFE vaigu klassist, mitte ainult materjali üldisest klassifikatsioonist.
160 kraadi juures tekitab 6 bargi aur standardse 10 mm OD × 1 mm seinaga PTFE torus rõngaspinge ligikaudu 3 MPa. Selle pinge ja temperatuuri tingimustes on erinevatel PTFE klassidel roomamisaeg, mis ulatub mõnest tuhandest tunnist üle 100 000 tunnini. Erinevus ei ole marginaalne. See määrab, kas soojusvaheti peab vastu kaks aastat või kakskümmend.
PTFE vaigu klassi -kasutatud, modifitseeritud või täidetud-valik on disainiotsus, millel on otsene mõju kasutuseale ja garantiiajale. Roomamise erinevuste molekulaarse aluse mõistmine juhib sobivat spetsifikatsiooni.
Virgin vs modifitseeritud PTFE: molekulaarne erinevus
Virgin PTFE toodetakse tetrafluoroetüleeni monomeeri polümeriseerimisel ülipikkadeks molekulaarseteks ahelateks, mille molekulmass on 10⁷ kuni 108 g/mol. Pikad ketid takerduvad ulatuslikult, andes materjalile selle mehaanilised omadused. Kõrgendatud temperatuuril pinge all libisevad ketid aeglaselt üksteisest mööda-see on roomamine.
Modifitseeritud PTFE sisaldab polümerisatsiooni ajal väikest kogust (tavaliselt 0,01-0,1%) komonomeeri-, tavaliselt perfluoropropüülvinüüleetrit. Komonomeer viib polümeeri põhiahelasse sisse lühikesed külgharud. Need oksad toimivad molekulaarsete ankrutena, piirates ahela libisemist ja vähendades roomamiskiirust.
160 kraadi juures on modifitseeritud PTFE roomemismäär tavaliselt 30–50% madalam kui algsel PTFE-l samal pingetasemel. Paranemine on kõige märgatavam kõrgetel temperatuuridel, kus keti liikuvus on suurim ja külgharude ankurdusefekt kõige tõhusam.
Täidetud PTFE-ühendid,-mis sisaldavad klaaskiudu, süsinikku, grafiiti või pronksipulbrit-, vähendavad veelgi roomamist, kuid keemilise vastupidavuse arvelt. Täiteained tutvustavad liideseid, mida agressiivsed kemikaalid võivad rünnata. Soojusvaheti hooldamiseks söövitavas keskkonnas sobib täidetud PTFE harva.
Tabel 1: PTFE vaigu klasside roomamisaja võrdlus (10 mm OD × 1 mm seinatoru, 6 barg auru, 160 kraadi)
| PTFE klass | Roomamise moodul 160 kraadi juures (MPa) | Roomamiskiirus 3 MPa rõngaspinge juures (%/1000 h) | Hinnanguline aeg 2% pingeni (tunnid) | Eeldatav kasutusiga 160 kraadi juures (aastad) | Suhteline kulu |
|---|---|---|---|---|---|
| Virgin PTFE (standardne) | 28-35 | 0.08-0.12 | 16,000-25,000 | 2-3 | 1.0× |
| Neitsi PTFE (kõrge molekulmass) | 35-42 | 0.05-0.08 | 25,000-40,000 | 3-5 | 1.1× |
| Modifitseeritud PTFE (madala komonomeeriga) | 42-50 | 0.03-0.05 | 40,000-65,000 | 5-8 | 1.3× |
| Muudetud PTFE (optimeeritud klass) | 50-60 | 0.02-0.04 | 50,000-100,000 | 6-12 | 1.5× |
| PTFE + 15% klaaskiudu | 80-100 | 0.01-0.02 | >100,000 | >12 | 0,9 × (mitte söövitava kemikaali hoolduseks) |
Roomamise ebaõnnestumise kriteerium
PTFE-soojusvaheti toru roomamistõrge ei ole määratletud mitte purunemisega-toru ei purune-, vaid liigse läbimõõdu suurenemise ja seina õhenemise tõttu. Kui toru roomab, suureneb selle läbimõõt ja sein õheneb, säilitades mahu. Kui seina paksus väheneb 60%-ni algsest, langeb purunemisrõhu ohutustegur alla 3:1, mis käivitab asendamise.
1,0 mm seinatoru puhul vastab 2% pinge umbes 0,02 mm seina hõrenemisele. See on konservatiivne lävi. Torud võivad töötada ohutult ka üle 2% pingega, kuid kiirenenud roomamiskiirus deformatsiooni hilisemates etappides muudab varajase asendamise mõistlikuks.
Modifitseeritud PTFE pikendab aega 2% pingeni jõudmiseks 2-3 korda võrreldes tavalise PTFE-ga 160 kraadi juures. Kõrgemad materjalikulud kaetakse pikema kasutuseaga.
Vaigu klassi soovitus töötemperatuuri järgi
Alla 120 kraadi tagavad kõik PTFE-klassid piisava libisemisaja 10+-aastaseks kasutuseks. Virgin PTFE on kulutõhus-valik.
120 kraadi ja 150 kraadi vahel on soovitatav kasutada suure molekulmassiga neitsi-PTFE-d või modifitseeritud PTFE-d rakendustes, kus soojusvaheti ei ole asendamiseks kergesti ligipääsetav.
Üle 150 kraadi on tungivalt soovitatav modifitseeritud PTFE. Täiendav materjalikulu moodustab väikese osa paigaldatud kogumaksumusest ja tagab piisava roomamisaja.
Kokkuvõte
PTFE vaigu klassi valik mõjutab oluliselt soojusvaheti roomamisiga 160 kraadi juures. Modifitseeritud PTFE, mis sisaldab külg-haru komonomeere, vähendab roomamiskiirust 30-50% võrreldes esmase PTFE-ga ja pikendab kasutusiga 2–3 aastalt 6–12 aastani kõrgendatud aururõhu korral. Üle 150 kraadi on pikaajalise töökindluse tagamiseks soovitatav materjal modifitseeritud PTFE.
Vaigu klass tuleks PTFE-soojusvaheti hankedokumentides selgesõnaliselt täpsustada. Kõik "PTFE" torud ei ole ühesugused ja töötemperatuuri vahemiku ülemises otsas muutub jõudluse erinevus kriitiliseks.
Tehnilised soovitused PTFE vaigu klassi valimiseks konkreetsete töötingimuste põhjal on saadaval auru rõhu, eeldatava töötemperatuuri vahemiku, toru mõõtmete ja nõutava kasutusea esitamisel.
