¿Cómo cambia el contenido de relleno (15% de fibra de vidrio versus sin relleno) en un tubo calentador de PFA (perfluoroalcoxi) la resistencia a la fluencia a 200 grados bajo una tensión circular de 3 MPa?
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La fluencia es un problema limitante en los tubos calentadores de PFA a 200 grados y una tensión circular de 3 MPa. El PFA sin relleno tiene una tasa de fluencia del 1 al 2 % cada 1000 horas a 200 grados. El PFA con un 15 % de relleno de fibra de vidrio tiene una tasa de fluencia de 0,2-0,5 %/1000 h, una mejora de 4-5 veces. Las fibras de vidrio actúan como refuerzo y soportan las cargas, evitando que las cadenas de polímero se deslicen. Sin embargo, las fibras de vidrio producen lugares de concentración de tensiones y pueden debilitar la resistencia química.
Cómo el refuerzo de fibra de vidrio minimiza la fluencia
En PFA vacío, la fluencia se produce al desenrollarse y al deslizamiento de la cadena bajo carga. Las fibras de vidrio (15 % en peso, 10-20 µm de diámetro, 200-400 µm de longitud) dificultan la movilidad de las cadenas de polímeros. La tasa de fluencia está dada por: ε̇=ε̇_0 × (1 - V_f)^n, donde V_f es el porcentaje de volumen de la fibra y n ≈ 2. Además, las fibras de vidrio elevan el módulo elástico hasta 1200-1500 MPa (15 % vidrio) desde 600 MPa (sin relleno).
Tasa de fluencia cuantitativa versus contenido de fibra de vidrio
Para PFA, las pruebas de fluencia controlada a 200 grados y tensión circular de 3 MPa han demostrado lo siguiente. Fibra de vidrio (sin relleno) Tasa de fluencia 0% 1,0-2,0% cada 1000 horas Tiempo hasta una deformación del 5% 2500-5000 horas Módulo elástico 500-700 MPa Para un 5% de fibra de vidrio, la tasa de fluencia es de 0,6-1,2%/1000 horas, el tiempo hasta una deformación del 5% es de 4000-8000 horas y el módulo es 700-900 MPa. Para un 10% de fibra de vidrio, una tasa de fluencia de 0,3-0,8%/1000 h, un tiempo hasta una deformación del 5% de 6000-15000 h y un módulo de 900-1200 MPa. Para un 15% de fibra de vidrio, la tasa de fluencia es de 0,2 a 0,5% cada 1.000 horas, el tiempo hasta una deformación del 5% es de 10.000 a 25.000 horas y el módulo es de 1.200 a 1.500 MPa. Para un 20% de fibra de vidrio, la tasa de fluencia es de 0,1 a 0,3% cada 1.000 horas, el tiempo hasta una deformación del 5% es de 15.000 a 40.000 horas y el módulo es de 1.500 a 1.800 MPa.
Guía de selección de contenido de fibra de vidrio resistente a la fluencia
Contenido de fibra de vidrio (%) Tasa de fluencia a 200 grados (%/1000 h) Tiempo hasta una deformación del 5 % (h) Módulo elástico (MPa) Recomendado para servicio a 200 grados 0 1.0-2.0 2,500-5,000 500-700 No
5 0.6-1.2 4,000-8,000 700-900 Limitado 10 0.3-0.8 6,000-15,000 900-1,200 Sí (intermitente) 15 0.2-0.5 10,000-25,000 1,200-1,500 Sí (continuo) 20 0.1-0.3 15,000-40,000 1,500-1,800 Sí (alto rendimiento)
Consideraciones de ingeniería-PFA rellenas de vidrio -
El PFA-relleno de vidrio tiene una menor resistencia química en algunos medios (HF, álcalis fuertes a alta temperatura). Las fibras de vidrio proporcionan una superficie rugosa y pueden favorecer la suciedad. El CTE se reduce con el contenido de vidrio, reduciendo el desajuste en la expansión térmica. La conductividad térmica aumenta un poco. Se recomienda un 15 % de PFA relleno de vidrio- para un servicio de 200 grados con una tensión circular de 3 MPa.
Una especificación informada
Para un tubo calentador de PFA a 200 grados y una tensión circular de 3 MPa, especifique un 15 % de PFA relleno de fibra de vidrio para reducir la tasa de fluencia a 0,2-0,5 %/1000 horas. El ingeniero añade un refuerzo de fibra de vidrio para mejorar la resistencia a la fluencia.
