PFA (パーフルオロアルコキシ) ヒーター チューブ内のフィラー含有量 (ガラス繊維 15% と未充填) は、3 MPa のフープ応力下で 200 度でのクリープ抵抗をどのように変化させますか?

クリープは、200 度および 3 MPa のフープ応力における PFA ヒーター チューブの制限的な問題です。充填されていない PFA のクリープ率は 200 度で 1,000 時間あたり 1 ～ 2% です。 15% のガラス繊維フィラーを含む PFA のクリープ速度は 0.2 ～ 0.5%/1,000 時間で、4 ～ 5 倍向上します。ガラス繊維は補強材となって荷重を受け止め、ポリマーチェーンが滑るのを防ぎます。ただし、ガラス繊維により応力集中箇所が生じ、耐薬品性が低下する場合があります。

ガラス繊維強化がクリープを最小限に抑える仕組み

空の PFA では、負荷がかかると巻き戻りやチェーンの滑りによってクリープが発生します。ガラス繊維 (15 wt%、直径 10 ～ 20 μm、長さ 200 ～ 400 μm) はポリマー鎖の可動性を妨げます。クリープ速度は、ε̇=ε̇_0 × (1 - V_f)^n で与えられます。ここで、V_f は繊維の体積パーセントであり、n ≈ 2 です。また、ガラス繊維は弾性率を 600 MPa (未充填) から 1,200 ～ 1,500 MPa (15% ガラス) まで高めます。

定量的クリープ速度とガラス繊維含有量の関係

PFA の場合、200 度および 3 MPa フープ応力での制御されたクリープ試験により、次のことが示されました。ガラス繊維 (未充填) クリープ速度 0% 1,000 時間あたり 1.0 ～ 2.0% 5% ひずみまでの時間 2,500 ～ 5,000 時間 弾性率 500 ～ 700 MPa 5% ガラス繊維の場合、クリープ速度は 0.6 ～ 1.2%/1000 時間、5% ひずみまでの時間は 4000 ～ 8000 時間、弾性率700～900MPaです。 10% ガラス繊維の場合、クリープ速度は 0.3 ～ 0.8%/1000 時間、5% ひずみまでの時間は 6000 ～ 15000 時間、弾性率は 900 ～ 1,200 MPa です。 15% ガラス繊維の場合、クリープ率は 1,000 時間あたり 0.2 ～ 0.5%、5% 歪みまでの時間は 10,000 ～ 25,000 時間、弾性率は 1,200 ～ 1,500 MPa です。 20% ガラス繊維の場合、クリープ率は 1,000 時間あたり 0.1 ～ 0.3%、5% 歪みまでの時間は 15,000 ～ 40,000 時間、弾性率は 1,500 ～ 1,800 MPa です。

耐クリープ性ガラス繊維含有量の選択ガイド

ガラス繊維含有量 (%) 200 度でのクリープ率 (%/1,000 h) 5% ひずみまでの時間 (h) 弾性率 (MPa) 200 度での使用を推奨 0 1.0-2.0 2、500-5、000 500-700 いいえ
5 0.6-1.2 4,000-8,000 700-900 限定的 10 0.3-0.8 6,000-15,000 900-1,200 はい（断続的） 15 0.2-0.5 10,000-25,000 1,200-1,500 はい（連続） 20 0.1-0.3 15,000-40,000 1,500-1,800 はい（高性能）
ガラス-充填 PFA - エンジニアリング上の考慮事項

ガラス-入り PFA は、一部の媒体（HF、高温の強アルカリ）での耐薬品性が低下します。ガラス繊維により表面が粗くなり、汚れが付着しやすくなる可能性があります。 CTE はガラス含有量とともに減少し、熱膨張の不一致が減少します。熱伝導率がわずかに 15% 増加します-3 MPa フープ応力で 200 度の使用には、ガラス充填 PFA が推奨されます。

仕様に関する情報

200 度、フープ応力 3 MPa の PFA ヒーター チューブの場合、クリープ率を 0.2 ～ 0.5%/1,000 時間に低減するには、15% ガラス繊維充填 PFA を指定します。エンジニアは、耐クリープ性を向上させるためにガラス繊維補強材を追加しました。