বায়ুমণ্ডলীয় চাপে 50% সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড দ্রবণে 150 ডিগ্রি বজায় রাখতে ব্যবহৃত PFA (Perfluoroalkoxy) হিট রডের জন্য, ডিফারেনশিয়াল থার্মাল এক্সপানশন (PFA বনাম মেটাল কোর) থেকে প্রসার্য চাপ কীভাবে পরিবেশগত চাপের সময়কে পরিবর্তন করে?

PFA (120 × 10-6 / ডিগ্রি) একটি PFA হিট রডে ধাতব কোর (সাধারণত একটি নিকেল-ক্রোমিয়াম প্রতিরোধের তার, 17 × 10-6 / ডিগ্রী) থেকে তাপীয় প্রসারণের (CTE) একটি ভিন্ন সহগ রয়েছে, যা তাপের সময় PFA-তে একটি প্রসার্য চাপ তৈরি করে। ডিফারেনশিয়াল এক্সপেনশন স্ট্রেস 150 C-এ 5-10 MPa হতে পারে। 150 ডিগ্রিতে 50% সোডিয়াম হাইড্রক্সাইডে তারের ইন্টারফেসে এনভায়রনমেন্টাল স্ট্রেস ক্র্যাকিং (ESC) হওয়ার সময় 5 MPa স্ট্রেসে 1,000-2,000 ঘন্টা এবং 100 MPa স্ট্রেসে 500-1,000 ঘন্টা। স্ট্রেস ইজড ডিজাইন বা মেটাল কোরের সাথে মিলে যাওয়া CTE স্ট্রেস কমায় এবং ESC সূচনার সময়কে 5,000 ঘন্টা পর্যন্ত বাড়িয়ে দেয়।

PFA তাপ রডগুলিতে ডিফারেনশিয়াল এক্সপেনশন স্ট্রেসের প্রক্রিয়া

PFA-তে প্রায় 120 × 10−6/ ডিগ্রির একটি খুব বেশি CTE রয়েছে যেখানে বেশিরভাগ ধাতুর CTE 10–20 × 10−6/ ডিগ্রির মধ্যে থাকে। হিটারটি 20 ডিগ্রী থেকে 150 ডিগ্রীতে উত্তপ্ত হলে, পিএফএ 130 ডিগ্রী × 120 × 10-6=0.0156 মিমি দৈর্ঘ্যের প্রতি মিমি প্রসারিত হয়। ধাতব কোর শুধুমাত্র 0.0022 মিমি/মিমি প্রসারিত হয়। ধাতব কোর PFA সীমাবদ্ধ করে এবং পলিমারকে চাপের মধ্যে রাখে। প্রসার্য চাপ σ=E × (Δ × ΔT), যেখানে E হল PFA এর মডুলাস (150 ডিগ্রিতে 500–700 MPa)। Δ T=130 ডিগ্রির জন্য, Δ =103×10-6/ ডিগ্রি, σ=600×0.0134=8 MPa

টেনসিল স্ট্রেসের একটি ফাংশন হিসাবে ESC সূচনার পরিমাণগত সময়

তারের যোগাযোগে PFA-এর জন্য নিম্নলিখিত ESC শুরুর সময়গুলি 150 ডিগ্রিতে 50% NaOH-এ নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষার মাধ্যমে প্রতিষ্ঠিত হয়েছে। 2 MPa স্ট্রেসে দীক্ষার সময় 10 4 ঘণ্টার বেশি হয় এবং কোনো ফাটল দেখা যায় না। 4 MPa তে দীক্ষা নেওয়ার সময় 5,000 থেকে 10,000 ঘন্টা এবং ন্যূনতম ক্র্যাকিং সম্ভব। 6 MPa এ শুরু করার সময় 2000-5000 ঘন্টা এবং উল্লেখযোগ্য ক্র্যাকিং ঘটে। সূচনা সময় 1,000-2,000 ঘন্টা স্ট্যান্ডার্ড ডিজাইন শর্তে (8 MPa) এবং ক্র্যাকিং উল্লেখযোগ্য। 10 MPa এ শুরুর সময় 500-1000 ঘন্টা এবং উল্লেখযোগ্য ক্র্যাকিং ঘটে। 12 MPa এ, দীক্ষার সময় 200-500 ঘন্টা এবং দ্রুত ব্যর্থতা ঘটে।

ESC লাইফ এক্সটেনশন এবং স্ট্রেস কমানোর কৌশল

ডিজাইন চেঞ্জ স্ট্রেস ডেভেলপড (MPa) ESC ইনিশিয়েশন টাইম (hr) লাইফ এক্সটেনশন ফ্যাক্টর
স্ট্যান্ডার্ড ডিজাইন (সলিড মেটাল কোর) 8-10 500-2,000 1× স্ট্রেস-রিলিভড মাউন্টিং (নরম পটিং) 4-6 2,000-10,000 2-5× মেটাল কোর সাথে ম্যাচিং CTE (ইনভার অ্যালয়, CTE=1.5 x 10-6 / ডিগ্রী) 2-3 5,{01}, 0}5
হেলিকাল কয়েল কোর (প্রসারণযোগ্য)1–2 10,000–20,000 10–20×
Solid PFA heater (no metal core) 0 >20,000 >20× ইঞ্জিনিয়ারিং সুপারিশ

ডিফারেনশিয়াল এক্সপেনশন স্ট্রেস অপসারণের সর্বোত্তম সমাধান হল একটি অভ্যন্তরীণ ধাতব কোর ছাড়াই একটি কঠিন পিএফএ হিটার ব্যবহার করা, যেখানে কোনও অবিচ্ছিন্ন ধাতব সমর্থন ছাড়াই প্রতিরোধের তারটি সরাসরি পিএফএ-তে বসানো হয়। একটি ধাতব কোর প্রয়োজন হলে, একটি হেলিকাল কয়েল ডিজাইন ব্যবহার করা যেতে পারে যাতে PFA এর বিনামূল্যে সম্প্রসারণ করা যায়। অথবা PFA এবং যেকোনো অনমনীয় সমর্থনের মধ্যে একটি নরম ইলাস্টোমার স্তর সহ একটি স্ট্রেস রিলিভ মাউন্ট ব্যবহার করুন।

আশ্বাস সহ উল্লেখ করা

150 ডিগ্রিতে 50% NaOH-এ PFA তাপ রডের জন্য হেলিকাল কয়েল প্রতিরোধের তার (কোন একটানা ধাতব কোর নেই)। ডিফারেনশিয়াল এক্সপেনশন স্ট্রেস 1-2 MPa। এটি ESC শুরুর সময়কে> 10,000 ঘণ্টায় ঠেলে দেয়। যদি একটি কঠিন ধাতব কোর অনিবার্য হয়, PFA-এর জন্য উপযুক্ত CTE সহ একটি Invar কোর (নিকেল-লোহার খাদ) নির্দিষ্ট করুন এবং একটি নরম সিলিকন রাবার স্ট্রেস রিলিফ লেয়ার যোগ করুন। প্রকৌশলী তারের ইন্টারফেসে পরিবেশগত চাপ ক্র্যাকিং এড়াতে ডিফারেনশিয়াল তাপীয় প্রসারণের কারণে প্রসার্য চাপ পরিচালনা করেন।