インコロイ シースの押出成形 PFA ライナーと熱収縮 PFA ライナーを比較した場合、-オンオフ熱サイクル 10,000 回未満で優れた繰返し疲労寿命を示す製造方法はどれですか?{4}}

製造方法が熱サイクル耐久性に与える影響

インコロイ-シース PFA ヒーターは、バッチ化学反応器や熱衝撃試験装置など、頻繁なオンオフ サイクルを必要とする用途に使用され、金属コアとポリマー ライナーの両方が繰り返し膨張と収縮を経験します。- PFA ライナーの製造方法によって、ポリマーが層間剥離や亀裂を発生させることなくこの周期的歪みにどの程度耐えられるかが決まります。 25 度から 180 度まで 10,000 回の熱サイクルにさらされた 78 個のヒーターの比較分析では、熱収縮ライナーは中央値の繰り返し疲労寿命が 18,000 サイクルであるのに対し、押出ライナーは 10,000 ～ 12,000 サイクルで破損することがわかりました。{9}性能の違いは、製造方法間の残留応力分布と界面結合の品質に起因します。

製造方法による残留応力の違い

押出 PFA ライナーは、溶融ポリマーをダイを通してインコロイ コア上に直接押し出し、その後急速に冷却することによって形成されます。このプロセスにより、ポリマー内に高い残留引張応力が生成されます。これは、ポリマー-金属界面での光弾性分析によって 7.2 ～ 8.5 MPa で測定されます。 -熱収縮ライナーは、最初は管状 PFA として個別に押し出され、その後 320 度で膨張し、冷却前にコアの上を滑り落ちます。冷却収縮により、ポリマー内に圧縮フープ応力が発生し、その応力は界面で通常 2.5 ～ 3.8 MPa になります。熱サイクル下では、押し出されたライナーの残留引張応力により、熱膨張差による周期的な引張ひずみが加わり、亀裂の発生が加速されます。熱収縮ライナーの圧縮残留応力は、周期的な引張ひずみを部分的に相殺し、亀裂の発生を 1.5 ～ 2.0 倍遅らせます。

周期的荷重下での界面結合の完全性

PFA とインコロイ シースの結合により、層間剥離がポリマーの亀裂に先行するかどうかが決まります。押出ライナーは、高温押出プロセス中にインコロイ表面の酸化によって化学結合を形成し、4.2 MPa の引き抜き強度を達成します。-。熱収縮ライナーは主に機械的な締まりばめに依存しており、引き剥がし強度は 2.8 MPa です。-初期結合強度は低いにもかかわらず、熱収縮ライナーは 10,000 サイクル後も 2.1 MPa を維持しますが、押し出しライナーは 1.2 MPa まで劣化します。これは、強固な化学結合が微小破壊なしには周期的ひずみに対応できないためです。-。破損した界面の走査電子顕微鏡検査により、押し出されたライナーは 6000 サイクル後に界面ボイドが発生し、それが完全な層間剥離に広がることが示されています。熱収縮ライナーは界面に空隙を生じませんが、15,000 サイクル後に接着がそのまま残されたままポリマーの亀裂が発生する可能性があります。

亀裂の発生速度と伝播速度

熱サイクル中の亀裂成長を定量的にモニタリングすることで、製造方法間の進行の違いが明らかになります。壁厚 2.0 mm の押出ライナーでは、平均 5200 サイクルで表面に微小亀裂が発生します。壁を通る亀裂の伝播にはさらに 5,800 サイクルが必要で、11,000 サイクルで全層破壊に達します。同じ肉厚の熱収縮ライナーでは、平均 11,500 サイクルで亀裂が発生し、6,500 サイクルで残りの壁に亀裂が広がり、18,000 サイクルで破損します。{8}}熱収縮ライナーの開始期間が長いことは、圧縮残留応力を反映しており、克服するにはより多くの周期エネルギーが必要です。熱収縮ライナーは壁の奥深くでより低い圧縮応力を受け、亀裂を閉じる力が小さくなるため、伝播が開始されるとより速く進行します。-

ライナーの厚さと方法による繰り返し疲労寿命

温度範囲とランプレートの相互作用

熱収縮ライナーの繰返し疲労の利点は、温度の変動が大きくなり、上昇速度が速くなると、{0}}さらに顕著になります。毎分 5 度のランプ速度で 25 度から 120 度（95 度のスイング）までのサイクルの場合、熱収縮ライナーは押し出し成形よりも 1.4 倍長い寿命を示します。{6}}スイングを 180 度 (25 度から 205 度) に増やすと、熱膨張差ひずみが温度とともに非線形に増加するため、利点は 1.9 倍に拡大します。ランプレートもパフォーマンスに影響します。毎分 2 度の速度では、利点は 1.3 倍になります。毎分 15 度では、急速加熱により壁の厚さ方向に熱勾配が生じ、追加の引張応力が発生するため、利点は 2.2 倍に達します。圧縮応力がかかった熱収縮ライナーは、引張応力がかかった押出ライナーよりもよく吸収されます。-

周期的サービス アプリケーションの仕様ガイダンス

オンオフ熱サイクルが 10,000 回以上で動作するヒーターの場合は、壁の厚さに関係なく、押し出し構造ではなく熱収縮 PFA ライナーを指定してください。{{3}用途に 150 度を超える温度変動や毎分 10 度を超える上昇速度が含まれる場合、故障せずに 15,000 サイクルを達成できる信頼できる選択肢は熱収縮ライナーのみです。-押出ライナーは、装置の寿命全体で 5000 サイクル未満の用途、または温度変動が 80 度未満の用途では引き続き許容されます。一部のメーカーでは、押出チューブとして開始されるが膨張と収縮のプロセスを経る熱収縮ライナーを説明するために押出成形という用語を使用しているため、見積もりをリクエストする際には、ライナーの製造方法を明示的に記載するようサプライヤーに要求してください。-主な仕様要件は、ライナーをコアに直接押し出すのではなく、コア挿入後の熱収縮によって貼り付けることです。サイクル寿命を最大限に高めるには、肉厚 2.2mm ～ 2.5mm の熱収縮構造を組み合わせます。これにより、残留応力管理とバルク材料の強度の最適なバランスが得られます。