Como o conteúdo de enchimento (15% de fibra de vidro versus não preenchido) em um tubo aquecedor de PFA (perfluoroalcóxi) altera a resistência à fluência em 200 graus sob uma tensão circular de 3 MPa?
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A fluência é um problema limitante em tubos de aquecimento PFA a 200 graus e tensão circular de 3 MPa. O PFA não preenchido tem uma taxa de fluência de 1-2% por 1.000 horas a 200 graus. O PFA com 15% de enchimento de fibra de vidro tem uma taxa de fluência de 0,2-0,5%/1.000 horas, uma melhoria de 4-5×. As fibras de vidro são um reforço e suportam as cargas, evitando o deslizamento das cadeias poliméricas. Contudo, as fibras de vidro produzem locais de concentração de tensão e podem enfraquecer a resistência química.
Como o reforço de fibra de vidro minimiza a fluência
No PFA vazio, a fluência ocorre através do desenrolamento e deslizamento da corrente sob carga. As fibras de vidro (15% em peso, 10-20 µm de diâmetro, 200-400 µm de comprimento) dificultam a mobilidade das cadeias poliméricas. A taxa de fluência é dada por: ε̇=ε̇_0 × (1 - V_f)^n, onde V_f é a porcentagem do volume da fibra en ≈ 2. Além disso, as fibras de vidro aumentam o módulo de elasticidade até 1.200-1.500 MPa (15% de vidro) de 600 MPa (sem preenchimento).
Taxa de fluência quantitativa versus conteúdo de fibra de vidro
Para PFA, testes de fluência controlados a 200 graus e tensão circular de 3 MPa mostraram o seguinte. Fibra de vidro (não preenchida) Taxa de fluência 0% 1,0-2,0% por 1.000 horas Tempo para deformação de 5% 2.500-5.000 horas Módulo de elasticidade 500-700 MPa Para 5% de fibra de vidro, a taxa de fluência é de 0,6-1,2%/1.000 horas, o tempo para deformação de 5% é de 4.000-8.000 horas, e o módulo é 700-900 MPa. Para 10% de fibra de vidro, taxa de fluência de 0,3-0,8%/1.000 h, tempo para deformação de 5% de 6.000-15.000 h e módulo de 900-1.200 MPa. Para 15% de fibra de vidro, a taxa de fluência é de 0,2-0,5% por 1.000 horas, o tempo para deformação de 5% é de 10.000-25.000 horas e o módulo é de 1.200-1.500 MPa. Para 20% de fibra de vidro, a taxa de fluência é de 0,1-0,3% por 1.000 horas, o tempo para deformação de 5% é de 15.000-40.000 horas e o módulo é de 1.500-1.800 MPa.
Guia de seleção de conteúdo de fibra de vidro com resistência à fluência
Conteúdo de fibra de vidro (%) Taxa de fluência a 200 graus (%/1.000 h) Tempo para deformação de 5% (h) Módulo de elasticidade (MPa)Recomendado para serviço de 200 graus 0 1.0-2.0 2,500-5,000 500-700 Não
5 0.6-1.2 4.000-8,000 700-900 Limitado 10 0.3-0.8 6.000-15,000 900-1.200 Sim (intermitente) 15 0.2-0.5 10.000-25,000 1,200-1.500 Sim (contínuo) 20 0.1-0.3 15.000-40,000 1,500-1.800 Sim (alto desempenho)
Considerações de engenharia-PFA preenchido com vidro -
O PFA-preenchido com vidro diminuiu a resistência química em alguns meios (HF, álcalis fortes em alta temperatura). As fibras de vidro proporcionam uma superfície áspera e podem provocar incrustações. O CTE reduz com o conteúdo de vidro, diminuindo a incompatibilidade na expansão térmica. A condutividade térmica aumenta um pouco em 15%-o PFA preenchido com vidro é recomendado para serviços de 200 graus com tensão circular de 3 MPa.
Uma especificação informada
Para um tubo aquecedor de PFA a 200 graus e tensão de aro de 3 MPa, especifique 15% de PFA preenchido com fibra de vidro para reduzir a taxa de fluência para 0,2-0,5%/1.000 horas. O engenheiro adiciona um reforço de fibra de vidro para melhorar a resistência à fluência.
