Comment la teneur en charge (15 % de fibre de verre par rapport à non chargée) dans un tube chauffant en PFA (perfluoroalcoxy) modifie-t-elle la résistance au fluage à 200 degrés sous une contrainte de cercle de 3 MPa ?
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Le fluage est un problème limitant dans les tubes chauffants PFA à 200 degrés et 3 MPa de contrainte circonférentielle. Le PFA non rempli a un taux de fluage de 1 à 2 % par 1 000 heures à 200 degrés. Le PFA avec 15 % de charge en fibre de verre a un taux de fluage de 0,2 à 0,5 %/1 000 heures, soit une amélioration de 4 à 5 fois. Les fibres de verre servent de renfort et supportent les charges, empêchant les chaînes polymères de glisser. Cependant, les fibres de verre produisent des zones de concentration de contraintes et peuvent affaiblir la résistance chimique.
Comment le renforcement en fibre de verre minimise le fluage
Dans un PFA vide, le fluage se produit via le déroulement et le glissement de la chaîne sous charge. Les fibres de verre (15 en poids %, 10 à 20 µm de diamètre, 200 à 400 µm de longueur) entravent la mobilité des chaînes polymères. Le taux de fluage est donné par : ε̇=ε̇_0 × (1 - V_f)^n, où V_f est le pourcentage volumique de fibres et n ≈ 2. De plus, les fibres de verre augmentent le module élastique jusqu'à 1 200-1 500 MPa (15 % de verre) à partir de 600 MPa (non chargé).
Taux de fluage quantitatif par rapport à la teneur en fibre de verre
Pour le PFA, des tests de fluage contrôlés à 200 degrés et une contrainte circonférentielle de 3 MPa ont montré ce qui suit. Fibre de verre (non chargée) Taux de fluage 0 % 1,0 à 2,0 % par 1 000 heures Temps jusqu'à une déformation à 5 % 2 500 à 5 000 heures Module d'élasticité 500 à 700 MPa Pour 5 % de fibre de verre, le taux de fluage est de 0,6 à 1,2 %/1 000 heures, le temps jusqu'à une déformation à 5 % est de 4 000 à 8 000 heures et le module est de 4 000 à 8 000 heures. 700-900 MPa. Pour 10 % de fibre de verre, taux de fluage de 0,3 à 0,8 %/1 000 h, temps jusqu'à une déformation à 5 % de 6 000 à 15 000 h et module de 900 à 1 200 MPa. Pour 15 % de fibre de verre, le taux de fluage est de 0,2 à 0,5 % pour 1 000 heures, le temps jusqu'à une déformation de 5 % est de 10 000 à 25 000 heures et le module est de 1 200 à 1 500 MPa. Pour 20 % de fibre de verre, le taux de fluage est de 0,1 à 0,3 % pour 1 000 heures, le temps jusqu'à une déformation de 5 % est de 15 000 à 40 000 heures et le module est de 1 500 à 1 800 MPa.
Guide de sélection de la teneur en fibre de verre résistante au fluage
Teneur en fibre de verre (%) Taux de fluage à 200 degrés (%/1 000 h) Temps jusqu'à 5 % de déformation (h) Module élastique (MPa)Recommandé pour un service à 200 degrés 0 1.0-2.0 2,500-5,000 500-700 Non
5 0.6-1.2 4,000-8,000 700-900 Limité 10 0.3-0.8 6,000-15,000 900-1,200 Oui (intermittent) 15 0.2-0.5 10,000-25,000 1,200-1,500 Oui (continu) 20 0.1-0.3 15,000-40,000 1,500-1,800 Oui (haute performance)
Verre-PFA chargé - Considérations techniques
Le PFA chargé en verre-a une résistance chimique réduite dans certains milieux (HF, alcalis forts à haute température). Les fibres de verre fournissent une surface rugueuse et peuvent favoriser l'encrassement. Le CTE diminue avec la teneur en verre, réduisant ainsi le décalage de dilatation thermique. La conductivité thermique augmente légèrement. Un PFA chargé en verre de 15 % - est recommandé pour un service à 200 degrés avec une contrainte circulaire de 3 MPa.
Une spécification informée
Pour un tube chauffant en PFA à 200 degrés et avec une contrainte circonférentielle de 3 MPa, spécifiez 15 % de PFA chargé en fibre de verre pour réduire le taux de fluage à 0,2-0,5 %/1 000 heures. L'ingénieur ajoute un renfort en fibre de verre pour améliorer la résistance au fluage.
