המסחר במשקל מולקולרי-כבוי
PTFE זמין במגוון משקלים מולקולריים, מדרגות סטנדרטיות (משקל מולקולרי כ-10⁶-10⁷ גרם/מול) ועד לדרגות משקל מולקולריות גבוהות-(מעל 10⁷ גרם/מול). המשקל המולקולרי משפיע על שתי תכונות קריטיות לשירות מחליף חום: עמידות לזחילה (היכולת לעמוד בלחץ קיטור מתמשך ללא עיוות הדרגתי) וחיי עייפות מתכופפת (היכולת לעמוד בפני כיפוף מחזורי כתוצאה מהתפשטות תרמית, רטט או טיפול).
משקל מולקולרי גבוה יותר משפר את עמידות הזחילה-לשרשרות פולימר ארוכות יותר יש יותר הסתבכויות, שפועלות כקישורים צולבים פיזיים המתנגדים להחלקת שרשרת במתח מתמשך. אבל משקל מולקולרי גבוה יותר יכול להפחית את חיי העייפות הכפופה-השרשרות הארוכות מאוד עלולות להיות מכוונות ומתפוררות תחת כיפוף חוזר, מה שמוביל להתחלת סדק עייפות מוקדם יותר.
המשקל המולקולרי האופטימלי עבור צינורות מחליפי חום מאזן את שתי התכונות הללו עבור תנאי היישום הספציפיים.
מנגנון הזחילה ואפקט המשקל המולקולרי
זחילה ב-PTFE מתרחשת על ידי החלקה של שרשראות פולימר זו על פני זו תחת לחץ מתמשך. ההחלקה מתנגדת על ידי הסתבכות שרשרת-נקודות שבהן שרשראות עוטפות זו את זו. כל הסתבכות פועלת כעוגן זמני. משקל מולקולרי גבוה יותר פירושו שרשראות ארוכות יותר, יותר הסתבכויות בכל שרשרת וזחילה איטית יותר.
במתח חישוק של 150 מעלות ו-3 MPa, ל-PTFE במשקל מולקולרי סטנדרטי יש קצב זחילה של כ-0.1-0.2% לכל 1,000 שעות. ל-PTFE בעל משקל-מולקולרי- גבוה יש קצב זחילה של 0.05-0.1% לכל 1,000 שעות - כמחצית. במשך חיי עיצוב של 10 שנים, קצב הזחילה המופחת מתורגם לזמן ארוך יותר כדי להגיע למגבלת המתח או ליכולת להשתמש בדופן צינור דק יותר במשך אותם חיים.
| דרגת PTFE | משקל מולקולרי יחסי | קצב זחילה ב-150 מעלות, 3 MPa (%/1,000 שעות) | חיי עייפות כפיפה במאמץ של 1% (מחזורים) |
|---|---|---|---|
| PTFE בתולי סטנדרטי | 1.0 (קו בסיס) | 0.15-0.25 | 5 × 10⁵ - 1 × 10⁶ |
| PTFE בתולי-MW גבוה | 1.5-2.0× | 0.08-0.12 | 3 × 10⁵ - 7 × 10⁵ |
| PTFE שונה (מסועף) | 1.0-1.5× | 0.04-0.08 | 1 × 10⁶ - 2 × 10⁶ |
מנגנון העייפות הכיפוף והשפעת המשקל המולקולרי
עייפות כפיפה ב-PTFE מתחילה במשטח החיצוני של צינור הנתון לכיפוף מחזורי. מתח המתיחה החוזר על פני השטח גורם להיווצרות מיקרו-חללים בין שרשראות פולימר. החללים גדלים ומתלכדים לסדקים. משקל מולקולרי גבוה יותר פירושו שרשראות ארוכות יותר שהן סבכות יותר ועמידות יותר להיווצרות חללים. עם זאת, השרשראות הארוכות יותר יכולות להיות מכוונות בכיוון הלחץ המחזורי, מה שמוביל לתכונות מכניות אנזוטרופיות ולהתנגדות מופחתת להתפשטות הסדקים בניצב לכיוון הכיוון.
ההשפעה נטו היא שחיי העייפות בכפיפה גדלים עם המשקל המולקולרי עד לנקודה מסוימת, ואז רמות או מעט יורדות. PTFE מתוקן, עם המבנה המולקולרי המסועף שלו, מספק פתרון אחר: הענפים משבשים את אוריינטציה של השרשרת במהלך העמסה מחזורית, שומרים על תכונות איזוטרופיות ומשפרים את חיי העייפות.
הבחירה-מבוססת האפליקציה
עבור מחליפי חום בשירות רציף בטמפרטורה קבועה, כאשר זחילה היא מנגנון הפירוק הדומיננטי והמחזוריות התרמית היא מינימלית, מועדף PTFE בעל משקל-מולקולרי- גבוה או PTFE שונה. התנגדות הזחילה המשופרת מאריכה את חיי השירות או מאפשרת עיצוב קומפקטי יותר.
עבור מחליפי חום הכפופים למחזוריות תרמית תכופה, רטט כתוצאה מתסיסה או טיפול במהלך תחזוקה, PTFE שונה מספק את האיזון הטוב ביותר. המבנה המסועף מתנגד הן לזחילה (באמצעות צפיפות הסתבכות מוגברת) והן לעייפות (באמצעות הפרעה בכיוון השרשרת).
עבור רוב יישומי מחליף החום, PTFE שונה הוא החומר המומלץ. העלות המצטברת על פני PTFE סטנדרטית קטנה ביחס לחיי השירות המורחבים ולאמינות משופרת.
תַקצִיר
PTFE שונה עם מבנה מולקולרי מסועף מספק את האיזון הטוב ביותר בין עמידות לזחילה וחיי עייפות כפיפה עבור צינורות מחליף חום. PTFE סטנדרטי-מולקולרי-גבוה משפר את הזחילה אך עשוי להפחית את חיי העייפות. הארכיטקטורה המסועפת של Modified PTFE משפרת את שני המאפיינים בו זמנית. עבור רוב יישומי מחליפי החום, PTFE שונה הוא דרגת השרף המומלצת.
תמיכה הנדסית לבחירת דרגת שרף PTFE זמינה עם הגשת טמפרטורת הפעלה, לחץ קיטור, תדירות רכיבה תרמית ותנאי רטט.
