Компромисс с молекулярной массой-нет
ПТФЭ доступен в широком диапазоне молекулярных масс: от стандартных марок (молекулярная масса примерно 10⁶-10⁷ г/моль) до марок с высокой-молекулярной массой (свыше 10⁷ г/моль). Молекулярная масса влияет на два важнейших свойства для эксплуатации теплообменника: сопротивление ползучести (способность выдерживать постоянное давление пара без постепенной деформации) и усталостную долговечность при изгибе (способность выдерживать циклический изгиб в результате теплового расширения, вибрации или манипуляций).
Более высокая молекулярная масса повышает устойчивость к ползучести.-Более длинные полимерные цепи имеют больше перепутываний, которые действуют как физические поперечные связи, препятствующие скольжению цепи при длительном напряжении. Но более высокая молекулярная масса может снизить усталостную долговечность при изгибе.-Очень длинные цепи могут стать ориентированными и охрупченными при многократном изгибе, что приводит к более раннему возникновению усталостных трещин.
Оптимальная молекулярная масса теплообменных трубок уравновешивает эти два свойства для конкретных условий применения.
Механизм ползучести и эффект молекулярной массы
Ползучесть ПТФЭ происходит в результате скольжения полимерных цепей друг относительно друга под постоянным напряжением. Скольжению препятствуют точки запутывания цепей-, где цепи обвивают друг друга. Каждая запутанность действует как временный якорь. Более высокая молекулярная масса означает более длинные цепи, большее количество запутываний на цепь и более медленную ползучесть.
При 150 градусах и окружном напряжении 3 МПа ПТФЭ стандартной молекулярной массы имеет скорость ползучести примерно 0,1-0,2% за 1000 часов. Высоко-молекулярный-ПТФЭ имеет скорость ползучести 0,05–0,1 % за 1000 часов, то есть примерно половину. При расчетном сроке службы 10 лет снижение скорости ползучести приводит либо к более длительному времени достижения предела деформации, либо к возможности использовать более тонкую стенку трубы в течение того же срока.
| ПТФЭ | Относительная молекулярная масса | Скорость ползучести при 150 градусах, 3 МПа (%/1000 ч) | Усталостная долговечность при изгибе при деформации 1% (циклы) |
|---|---|---|---|
| Стандартный чистый ПТФЭ | 1,0 (базовый уровень) | 0.15-0.25 | 5 × 10⁵ - 1 × 10⁶ |
| Первичный ПТФЭ с высоким-ММ | 1.5-2.0× | 0.08-0.12 | 3 × 10⁵ - 7 × 10⁵ |
| Модифицированный ПТФЭ (разветвленный) | 1.0-1.5× | 0.04-0.08 | 1 × 10⁶ - 2 × 10⁶ |
Механизм изгибной усталости и эффект молекулярной массы
Усталость при изгибе ПТФЭ начинается на внешней поверхности трубы, подвергающейся циклическому изгибу. Повторяющаяся растягивающая деформация на поверхности приводит к образованию микро-пустот между полимерными цепями. Пустоты разрастаются и сливаются в трещины. Более высокая молекулярная масса означает более длинные цепи, которые более запутаны и более устойчивы к образованию пустот. Однако более длинные цепи также могут ориентироваться в направлении циклического напряжения, что приводит к анизотропии механических свойств и снижению сопротивления распространению трещин, перпендикулярному направлению ориентации.
Конечный эффект заключается в том, что усталостная долговечность при изгибе увеличивается с увеличением молекулярной массы до определенной точки, затем выходит на плато или слегка снижается. Модифицированный ПТФЭ с его разветвленной молекулярной структурой предлагает другое решение: разветвления нарушают ориентацию цепи во время циклической нагрузки, сохраняя изотропные свойства и увеличивая усталостную долговечность.
Выбор-на основе приложения
Для теплообменников, работающих непрерывно при постоянной температуре, где преобладающим механизмом деградации является ползучесть, а термоциклирование минимально, предпочтительным является высокомолекулярный-ПТФЭ или модифицированный ПТФЭ. Улучшенное сопротивление ползучести продлевает срок службы или позволяет сделать конструкцию более компактной.
Модифицированный ПТФЭ обеспечивает наилучший баланс для теплообменников, подвергающихся частым термическим циклам, вибрации из-за перемешивания или обращения во время технического обслуживания. Разветвленная структура противостоит как ползучести (за счет увеличения плотности переплетения), так и усталости (за счет нарушения ориентации цепи).
Для большинства теплообменников рекомендуется использовать модифицированный ПТФЭ. Дополнительные затраты по сравнению со стандартным ПТФЭ невелики по сравнению с увеличенным сроком службы и повышенной надежностью.
Краткое содержание
Модифицированный ПТФЭ с разветвленной молекулярной структурой обеспечивает наилучший баланс сопротивления ползучести и усталостной долговечности при изгибе для трубок теплообменника. Стандартный высокомолекулярный-ПТФЭ-улучшает ползучесть, но может снизить усталостную долговечность. Разветвленная архитектура модифицированного ПТФЭ одновременно улучшает оба свойства. Для большинства теплообменников рекомендуется использовать модифицированный ПТФЭ.
Техническая поддержка при выборе марки смолы из ПТФЭ доступна после предоставления информации о рабочей температуре, давлении пара, частоте термоциклирования и условиях вибрации.
