A yw Gradd y Croes-Cysylltiad yn y Gadwyn Polymer PFA yn Effeithio ar y Gwrth-Tymor Hir-Crac Perfformiad o dan Beicio Thermol?

Pan fydd peirianwyr yn pennu gwresogyddion trochi PFA (perfflworoalkoxy alcan) ar gyfer prosesau sy'n ymwneud â chylchredau gwresogi ac oeri dro ar ôl tro-adweithyddion swp, gweithrediadau glanhau cyfnodol-yn-lle (CIP), neu faddonau platio a weithredir yn ysbeidiol, er enghraifft-anaml y mae pensaernïaeth foleciwlaidd y fflworopolymer ei hun yn ystyriaeth. Mae tystysgrifau deunydd safonol yn rhoi'r mynegai llif toddi (MFI), cryfder tynnol, elongation ar egwyl, ond nid i ba raddau y croesgysylltu y tu mewn i'r matrics polymer. Mae'r absenoldeb hwn yn cuddio newidyn allweddol: mae gan PFA croes-gysylltiedig PFA ymddygiad cychwyn torasgwrn a lluosogi yn ei hanfod o dan straen thermol cylchol na graddau llinol neu wan wedi'u trawsgysylltu. Yn ystod beicio thermol, mae ehangiad gwahaniaethol y wain PFA a'r craidd gwresogi metel yn digwydd gannoedd neu filoedd o weithiau. Mae hyn yn peri i'r wain bolymer wynebu straen tynnol a chywasgol dro ar ôl tro. Trawsgysylltu-yw datblygiad cysylltiadau cofalent rhwng cadwyni polymerau cyfagos . Mae hyn yn cyfyngu ar symudedd y moleciwl ac yn gwella anystwythder y defnydd ond yn cyfyngu ar ei allu i anffurfio'n blastig a lleddfu crynodiadau straen lleol. Er mwyn deall y gwahaniaeth hwn, mae angen ymchwilio i gyfraddau twf toriadau esgyrn o dan batrymau cylchred gwres cynrychioliadol.

Dibyniaeth Symudedd Cadwyn Polymer ar Dwysedd Croes-Cysylltu
Mae PFA llinol yn cynnwys cadwyni polymer hir gydag ychydig neu ddim canghennog a dim bond cofalent rhwng cadwyni. Pan gaiff ei gynhesu uwchlaw'r tymheredd trawsnewid gwydr (mae Tg PFA tua - 15 gradd ), mae ardaloedd amorffaidd y polymer yn dod yn rwber, gan ganiatáu i'r cadwyni lithro heibio ei gilydd ac ailddosbarthu'r straen cymhwysol. Mae symudedd y gadwyn yn ystod beicio thermol yn caniatáu cynnyrch lleol ar flaen microcraciau neu wagleoedd, sy'n pylu'r crac ac yn atal ymlediad cyflym. Mae croesgysylltu yn creu cysylltiadau cemegol parhaol rhwng ceinciau cyfagos. Mae'r cysylltiadau hyn yn gosod cyfyngiadau ffisegol yn erbyn llithriad cadwyn. Mae graddau'r croesgysylltu yn cael ei adrodd yn gyffredin fel cilyddol y pwysau moleciwlaidd cyfartalog rhwng croesgysylltiadau (Mc). Po isaf yw'r Mc, yr uchaf yw'r dwysedd cyswllt croes-. Yn aml mae gan Virgin PFA ar gyfer gwainiau gwresogydd ddwysedd cyswllt croes isel iawn gyda gwerthoedd Mc dros 20,000 g/mol . Gall croesgysylltu gwres neu ymbelydredd ostwng Mc i 5,000–8,000 g/mol, gan newid yr ymddygiad mecanyddol yn ddramatig. Mewn gwirionedd, nid yw trawsgysylltu mewn PFA yn bwrpasol yn ystod prosesu rhag ofn y bydd y polymer yn gorboethi neu ddiraddiad y sefydlogwyr. Mae rhai graddau arbenigol o PFA ar gyfer inswleiddio gwifrau tymheredd uchel, ar y llaw arall, wedi'u croesgysylltu'n bwrpasol gan arbelydru trawst electron i wella ymwrthedd ymgripiad. Mae croesgysylltu gwain gwresogyddion yn fwriadol yn anarferol, fodd bynnag gall heneiddio thermol mewn gwasanaeth gynyddu dwysedd trawsgysylltu yn raddol trwy brosesau radical rhydd gweddilliol.

Cychwyn crac mewn straen tynnol cylchol: PFA llinol yn erbyn croes-cyswllt
Mae'r prif lwyth mecanyddol ar wain gwresogydd PFA yn ystod oeri yn cael ei achosi gan y gwahaniaeth mewn cyfernod ehangu thermol (CTE) rhwng y craidd metel (Incoloy neu ditaniwm fel arfer, CTE 14-17 ppm / gradd) a'r casin PFA (CTE 100-120 ppm / gradd). Wrth i'r PFA oeri o dymheredd gweithredol i'r amgylchedd mae'n ceisio crebachu tua saith gwaith yn fwy na'r metel. Mae'r craidd metel yn gwrthweithio'r crebachiad hwn, gan gynhyrchu straen cylchyn yn y PFA. Ar gyfer gwresogydd 12 mm diamedr nodweddiadol gydag oeri wal PFA 1.5 mm o 160 gradd i 25 gradd, mae'r straen cylchyn yn y PFA tua 2.3-2.8 %. Mae'r straen hwn yn goresgyn terfyn elastig y PFA ac yn achosi dadffurfiad plastig. Gellir darparu ar gyfer y straen hwn gan PFA llinol trwy gyfuniad o gyfeiriadedd moleciwlau a lluniad oer lleol. Mae astudiaethau microsgopeg o wain llinol PFA wedi'u seiclo yn dangos bandiau cneifio gwasgaredig trwy'r wal gyfan, gan ddangos gwasgariad egni mewn cyfaint eang. Oherwydd symudedd moleciwlaidd cyfyngedig y PFA croes-gysylltiedig, ni all fod yn destun i'r un graddau o anffurfiad plastig. Mae'r straen a osodir wedi'i leoli mewn ardal lai, yn aml ar y rhyngwyneb polymer-metel neu ar amherffeithrwydd arwyneb microsgopig. Mae PFA traws-gysylltiedig yn datgelu cychwyniad torasgwrn ar ôl 500–1,500 o gylchredau gwres yn dibynnu ar faint y gylchred. O dan yr un amodau, mae PFA llinol yn dangos microcracks cyntaf ar ôl 5,000-8,000 o gylchoedd. Mae'r deunydd croes-gysylltiedig yn cyrraedd diwedd ei oes y gellir ei ddefnyddio, hy dyfnder crac sy'n fwy na 50% o drwch y wal, sef tua un rhan o bump o gyfrif cylchred PFA llinol.

Cyfradd twf crac: tynnu-allan o gadwyni neu fondiau'n rhwygo?
Unwaith y bydd crac yn dechrau, mae'r dull lluosogi yn ei hanfod yn wahanol ar gyfer PFA llinol a chroesgysylltu. Mae lluosogi crac mewn polymerau llinol yn cael ei ddominyddu gan gadwyn dynnu-allan. Mae cadwyni polymer sy'n croesi'r awyren crac yn cael eu tynnu allan o'r matrics amorffaidd ac yn amsugno llawer iawn o egni. Mae'r broses hon yn arwain at arwyneb torri asgwrn ffibriledig nodweddiadol ac yn digwydd ar gyfradd gymharol fach, fel arfer 0.1-0.5 µm fesul cylchred gwres ar ddwysedd straen cymedrol. Mewn PFA traws-gysylltiedig, nid yw'r cysylltiadau cofalent rhwng cadwyni yn caniatáu tynnu-allan. Mae'r crac yn lluosogi trwy dorri'r cysylltiadau asgwrn cefn polymer gwirioneddol. Er bod pob bond{11}}rhwygo angen llai o egni na thynnu-allan gadwyn gyflawn, mae'r hollt yn mynd yn fwy craff ac yn fwy effeithlon wrth drosglwyddo straen. Mae arwynebau hollt PFA croesgysylltiedig yn llyfn, yn wydrog, sy'n dangos bod y crac yn ymledu yn gyflym ar gyfradd o 2-5 µm fesul cylchred gwres. Bydd hollt sy'n cychwyn ar ôl 1000 o gylchredau mewn PFA croes-gysylltiedig yn rhedeg trwy'r trwch wal cyfan o 1.5 mm mewn 300-500 o gylchredau eraill. Byddai'r hollt tebyg mewn PFA llinol yn cymryd 6000-8000 o gylchredau eraill i gyrraedd cwymp y wal drwodd. Goblygiad ymarferol yw, ar gyfer gwainiau PFA traws-gysylltiedig, mae'r amser o adnabod toriad cyntaf i ollyngiadau trychinebus o dan amodau beicio thermol yn sylweddol fyrrach. Mae'r ffenestr fach yn gwneud gwaith cynnal a chadw ataliol yn anodd. Erbyn i graciau ddod i'r amlwg ar yr wyneb, mae'r gwresogydd yn aml bron â methu.

Hanes Prosesu a Chroes Anwythol Gwasanaeth-Cysylltu: Newidynnau Cudd
Ni all peiriannydd wneud cais am PFA "croes isel-cyswllt" gan gyflenwr heb nodi'r amodau prosesu hefyd. Mae'r dwysedd cyswllt croes yn cael ei ddylanwadu gan dri ffactor: y synthesis resin (a reolir gan y gwneuthurwr), y gosodiadau allwthio neu fowldio (a reolir gan wneuthurwr y gwresogydd), a'r heneiddio thermol yn y gwasanaeth (yn dibynnu ar y cymhwysiad). Wrth allwthio PFA i graidd metel, gall tymereddau o 350-400 gradd arwain at ddiraddio rhywfaint o sefydlogwyr a chymell canghennu cadwyn. Ar linellau allwthio sydd wedi'u rheoleiddio'n wael, mae resin llinol yn cynhyrchu deunydd sydd wedi'i groesgysylltu'n gymedrol yn ddamweiniol. Mae gwresogyddion wedi'u peiriannu o'r un swp o resin ond ar offer a reolir yn uchel, ar y llaw arall, yn cynnal llinoledd am gyfnod llawer hirach o amser. Mae heneiddio thermol dros 180 gradd yn ystod gwasanaeth yn hyrwyddo trawsgysylltu. Mae dwysedd trawsgysylltu PFA confensiynol yn tyfu ~15-20% fesul 1000 awr ar 200 gradd , gan dueddu'r deunydd tuag at ymddygiad brau. Mewn cymwysiadau sydd â sawl cylch thermol, mae'r croesgysylltu cynyddol hwn yn arwain at droell ddirywiad lle mae pob cylchred yn straenio'r deunydd ac yn cynyddu ychydig ar ddwysedd y croesgysylltu ar gyfer y cylch canlynol. Mae trothwy cychwyn crac yn gostwng gyda bywyd y gwresogydd. Mae canlyniadau maes ar feinciau gwlyb lled-ddargludyddion 150-160oC gyda beicio tymheredd dyddiol yn dangos bod oes methiant gwresogyddion PFA, o'r un gwneuthurwr a swp, yn 8,000 i 25,000 o gylchoedd. Mae gorgynhesu gwneuthuriad yn arwain at ddwysedd traws-gysylltiad cychwynnol cynyddol gyson yn yr unedau byrrach.

Canllaw Goddefgarwch Beiciau Thermol yn ôl-Lefel Cyswllt a Difrifoldeb Cymhwysiad
Mae disgwyliad oes cylchred thermol amcangyfrifedig gwain gwresogydd PFA yn cael ei gyflwyno yn y tabl canlynol fel swyddogaeth o ddwysedd croes-cyswllt, tymheredd cylchred delta ac argaeledd monitro canfod crac. Mae gwerthoedd yn cyfeirio at drwch wal o 1.5-2.0 mm a dim straen mecanyddol ychwanegol a achosir gan ddirgryniad neu atodiad anghywir.

Traws{0}}Lefel Cyswllt Cylchred Mc Gwerth Nodweddiadol Tymheredd Delta Cylchredau Disgwyliedig i Gychwyn Cracio Cylchoedd i Drwyddo-Methiant Wal (Rhagweld)Nodwedd Methiant Modd
Very low (virgin, well-extruded) >20,000 g/mol 50–80°C 20,000–30,000 >50,000 microcracio gwasgaredig; lledaeniad swrth
Very low (virgin, well-extruded) >20,000 g/mol 100–140 gradd 8,000–15,000 25,000–40,000 Craciau mân lluosog Gollyngiadau graddol
Cymedrol (oedran cyfartalog neu allwthio safonol) 10,000–15,000 g/mol 50–80 gradd 8,000–12,000 15,000–20,000 Llai o hollti; cynyddu trwy-datblygiad wal
Safonol (heneiddio safonol neu allwthio safonol) 10,000-15,000 g / mol 100-140 gradd 2,500-5,000 6,000-10,000Crac dominyddol sengl Arwyneb torri asgwrn llyfn 12.
Uchel (arbelydru neu orboethi yn ystod y gwneuthuriad) 5,000–8,000 g/mol 50–80 gradd 1,500–2,500 3,000–4,500 Lluosogi crac cyflym; ymddangosiad torasgwrn gwydrog
Uchel (arbelydru neu orboethi yn ystod gweithgynhyrchu) 5,000–8,000 g/mol 100–140 gradd 300–800 800–1,500Ffenestr canfod yn fyr; methiant trychinebus
Very high (degraded, >2,000 hours at >190 gradd )<5,000 g/mol Any >50 gradd<200 <500 Brittle fracture; multiple site failure
Manyleb Ymarferol a Gweithdrefnau Rheoli Ansawdd
Engineers can prevent the accidental purchase of cross-linked PFA sheaths for thermal cycle applications by adding three conditions to procurement specifications. First, the heater manufacturer should be required to give MFI measurements before and after the extrusion or welding process. A MFI decrease of >Mae 15% yn awgrymu cadwyn sylweddol yn canghennu neu groes-gysylltu o orboethi proses. Yn ail, gofynnwch am fesuriadau calorimetreg sganio gwahaniaethol (DSC) sy'n dangos gwres ymasiad ac ymddygiad toddi. Mae PFA croesgysylltiedig yn dangos endotherm toddi sy'n ehangach a gostyngiad sylweddol mewn crisialu (yn aml 5-10% yn is na deunydd llinol). Yn drydydd, ar gyfer cymwysiadau pwysig gyda dros 500 o gylchredau thermol y flwyddyn, dylech gynnwys cam anelio postio ar 180 gradd am bedair awr. Mae anelio yn cael gwared ar densiwn sydd wedi'i ddal, ond nid yw'n gwrthdroi croesgysylltu. Yn bwysicach fyth, mae'r cam anelio yn hidlydd rheoli ansawdd -- gallai deunydd sydd wedi'i brosesu'n wael ac a oedd â gormod o groesgysylltu yn ystod allwthio ddatblygu craciau arwyneb yn ystod anelio, gan ganiatáu ar gyfer gwrthod cyn ei anfon. Mae angen gwirio gwresogyddion presennol yn y maes trwy brofi uned aberthol yn ddinistriol. Torrwch y wain PFA a dadansoddwch yr arwyneb mewnol (cyswllt metel) ar chwyddhad 50x. Mae gan PFA llinol orffeniad llyfn, matte heb unrhyw gracio ar ôl beicio cymedrol. Mae PFA traws-gysylltiedig yn arddangos patrwm o ficrocraciau cylchedd, gyda bylchiad o 0.5-2 mm, gyda gwynnu'r polymer yn aml oherwydd ceudod.

Casgliad: Byddwch yn Benodol am Bensaernïaeth Foleciwlaidd gyda Dimensiynau
Ond mae graddau'r croesgysylltu mewn PFA yn effeithio'n sylweddol ar ei adwaith i feicio thermol, er nad yw'n cael ei weld gan ofynion gwresogyddion nodweddiadol sy'n ystyried trwch wal a chydnawsedd cemegol yn unig. Pan fo angen miloedd o gylchredau dibynadwy rhwng tymheredd amgylchynol a gweithredol, mae bywyd cylchol PFA llinol gyda'r -cyswllt croes lleiaf yn fwy na hyd yn oed deunydd wedi'i gysylltu'n gymedrol o draws{{{{}}o ffactor o bump i ddeg. Gwelir bod dwysedd y cyswllt croes terfynol yn fwy dibynnol ar y broses saernïo (yn enwedig yr hanes gwres yn ystod allwthio a weldio) nag ar radd wreiddiol y resin. Mae'n bosibl y bydd gan wresogyddion presennol sy'n torri'n gynamserol yn ystod cylchred thermol heb ymosodiad cemegol neu or-dymheredd ddwysedd croesgysylltu uchel o ganlyniad i or-gynhesu yn ystod gweithgynhyrchu. Mewn gwasanaeth beicio thermol difrifol, mae bywyd gwasanaeth gwresogydd mewn amgylchedd o'r fath weithiau'n cael ei ymestyn o fisoedd i flynyddoedd pan gaiff uned gan wneuthurwr sy'n rheoli tymheredd allwthio o fewn ± 5 gradd ei ddisodli ac sy'n defnyddio resin PFA wyryf, ansefydlog yn unig. Ar gyfer cymwysiadau gyda thymheredd delta y tu hwnt i 120 gradd ym mhob cylchred, ystyriwch saernïaeth gwresogyddion eraill megis deunyddiau craidd CTE isel neu wain wedi'i ddatgysylltu'n fecanyddol, gan y bydd hyd yn oed PFA llinol delfrydol yn y pen draw yn cyrraedd ei derfyn cychwyn torri asgwrn.