چرا چرخه حرارتی باعث ایجاد ترک در صفحات گرمایش PTFE می شود و چگونه از آن جلوگیری کنیم؟

پس از ماه ها استفاده به ظاهر عادی، صفحه گرمایش PTFE شروع به نشان دادن شبکه هایی از ترک های ریز سطحی می کند. ترک‌ها بیشتر در امتداد لبه‌ها، سوراخ‌های پیچ‌های نصب و گوشه‌ها هستند، اما هیچ آسیب فیزیکی، افتادن ابزار، یا سوء استفاده مکانیکی آشکار وجود نداشت. هیچ نشانه‌ای از زغال‌زدگی، حفره‌های شیمیایی یا تغییر رنگ وجود ندارد که هنگام نگاه کردن به آن نشان دهنده گرمای بیش از حد باشد. این الگو به جای تخریب ناگهانی، روند شکست تدریجی و ظریف را نشان می دهد. ترک خوردگی استرس حرارتی نوعی خستگی است که زمانی اتفاق می‌افتد که بارها و بارها چیزی گرم و سرد شود. مهندسان مکانیک و فرآیند این را می دانند. درک فیزیک پشت این حالت شکست رایج اما قابل اجتناب و قرار دادن طراحی هدفمند و اقدامات متقابل عملیاتی می تواند آن را متوقف کند.

PTFE دارای ضریب انبساط حرارتی بالایی در حدود 100-200 × 10-6 / درجه است. این به مراتب بالاتر از اکثر فلزات یا سرامیک ها است. صفحه در طول هر چرخه گرمایش بسیار بزرگتر و زمانی که خنک می شود بسیار کوچکتر می شود. تنش حرارتی زمانی اتفاق می افتد که این انبساط و انقباض آزاد محدود شود. مواردی وجود دارد که می تواند باعث ایجاد محدودیت شود. برای مثال، سخت‌افزار نصب غیرقابل انعطاف (مانند پیچ‌ها، قاب‌ها، یا دیواره‌های ظرف) که حرکت نمی‌کنند، ویژگی‌های هندسی که باعث انبساط دیفرانسیل می‌شوند (مانند گوشه‌ها، سوراخ‌ها، یا انتقال ضخامت)، یا اتصال به موادی که زیاد منبسط نمی‌شوند. استرس در این نقاط ایجاد می‌شود و اغلب می‌تواند به سطوحی برسد که بالاتر از آن چیزی است که ماده برای مدت طولانی تحمل کند.

فیزیک بر این است که چگونه چیزها هنگام گرم شدن و سرد شدن رفتار می کنند. صفحه در حالی که گرم می شود سعی می کند به طور یکنواخت منبسط شود. این ماده نمی‌تواند آزادانه در همه جهات در مناطق تمرکز تنش، از جمله گوشه‌های تیز، سوراخ‌های پیچ، برش‌ها یا انتقال لبه‌ها، منبسط شود. این محدودیت باعث ایجاد نیروهای کششی در خارج و تنش های فشاری در داخل می شود. کرنش ها وقتی خنک می شوند تغییر می کنند. وقتی معکوس را ادامه می دهید، بارگذاری چرخه ای دارید. در طی صدها یا هزاران چرخه، سوراخ‌ها یا نقص‌های ریز شکل می‌گیرند و به ترک‌های خستگی آشکار گسترش می‌یابند. ترک ها معمولاً از نزدیک سطحی که تنش کششی بالاترین است شروع می شود و سپس در جهتی عمود بر جهت تنش اصلی به سمت داخل حرکت می کند. نتیجه ترک های تمیز و واضح با اعوجاج پلاستیکی اندک است که نشانه کلاسیک خستگی است.

اغلب اوقات، ترک ها در مکان هایی ظاهر می شوند که به راحتی می توان حدس زد:

نزدیک به پیچ و مهره های نصب یا سوراخ های شکافی که فشار گیره انبساط شعاعی را متوقف می کند.

در گوشه های صفحات یا جایی که زوایای 90 درجه قوی وجود دارد، جایی که فاکتورهای تمرکز تنش حداکثر است.

در اطراف بریدگی ها، بریدگی ها یا تغییرات ضخامتی که توزیع کرنش را ناهموار می کند.

در امتداد لبه هایی که عایق برای قاب های پشتی یا نصب باعث می شود سطوح جلو و پشت با نرخ های مخالف منبسط شوند.

جلوگیری از مشکلات به معنای امکان رشد و کاهش نقاط استرس است.

صفحه می تواند بدون وارد کردن فشار زیاد به آن منبسط و منقبض شود زیرا به روشی انعطاف پذیر نصب شده است. از سوراخ‌های نصب شکاف دار یا خیلی بزرگ، واشرهای فنری یا جداکننده‌های منعطف استفاده کنید که به شما امکان می‌دهند در حین حفظ تماس حرارتی، وسایل را جابه‌جا کنید. از پیچ و مهره های کاملاً سفت و سخت که صفحه را محکم در برابر یک بستر ثابت نگه می دارد استفاده نکنید.

طراحی دارای ویژگی های افزایش دهنده استرس طبیعی است. به جای زوایای حاد 90 درجه، از گوشه های گرد با شعاع بزرگ استفاده کنید. در زندگی واقعی، صفحات با گوشه های گرد کمتر از صفحات با گوشه های تیز 90 درجه، تحت تنش حرارتی شکسته می شوند. هر گونه بریدگی یا بریدگی اضافی را از بین ببرید و در صورت نیاز از فیله های بزرگ استفاده کنید. یکی از راه‌های رایج برای بهتر کردن طراحی، استفاده از سوراخ‌های نصب شکاف‌دار است که به صفحه اجازه حرکت می‌دهد و در عین حال آن را در جای خود نگه می‌دارد.

اگر می توانید، سعی کنید تعداد و اندازه چرخه های حرارتی را محدود کنید. در طول گرمایش و سرمایش برای کاهش تنش اوج، از نرخ های شیب پیشرونده استفاده کنید. به جای روشن و خاموش کردن زیاد دوچرخه، دمای فرآیند را پایدارتر نگه دارید. اگر مجبور به چرخه زدن هستید، چگالی وات را کاهش دهید تا تغییر دما در هر چرخه کاهش یابد.

رویه های عملیاتی نیز به ماندگاری طولانی تری کمک می کند. اطمینان حاصل کنید که عایق پشتی در تمام اطراف یکسان باشد تا جلو و پشت متفاوت گرم نشوند. از حسگرهای چند{2}نقطه ای یا تصویربرداری حرارتی در فواصل زمانی معین استفاده کنید تا تفاوت دما را در صفحه مشاهده کنید. این به شما کمک می‌کند تا ترک‌های مربوط به استرس{4}} را قبل از بدتر شدن پیدا کنید. داده‌های عملکرد پایه را هنگام راه‌اندازی تنظیم کنید، از جمله مشخصات زمان-تا-دما، مصرف انرژی، و دمای سطح، و سپس این معیارها را برای طول عمر سرویس پیگیری کنید. افزایش چشمگیر زمان گرمایش یا ظهور نواحی داغ موضعی غالباً قبل از ایجاد ترک قابل مشاهده است.

تنش حرارتی، ضریب انبساط حرارتی، ترک خوردگی ناشی از خستگی، تمرکز تنش و تطبیق انبساط از عوامل اصلی آسیب سیکل حرارتی در صفحات گرمایش PTFE و بهترین راه‌های رفع آن هستند. ترک تنش حرارتی نوعی خستگی است که با طراحی و روش های عملیاتی عالی قابل کنترل است. برای جلوگیری از استرس مکانیکی، نصب صحیح وسایل بسیار مهم است. استفاده از نصب انعطاف پذیر، اشکال گرد، نرخ شیب دار کنترل شده و عایق ثابت، از شر بسیاری از افزایش دهنده های استرس و محدودیت ها خلاص می شود. این اجازه می دهد تا صفحه به طور قابل اعتماد بدون ایجاد ترک های خستگی چرخش کند. این تاکتیک‌ها حالت شکستی را که می‌تواند به زندگی یک فرد پایان دهد، به بخشی قابل کنترل از عملکرد بلندمدت- تبدیل می‌کند. این اطمینان حاصل می کند که صفحات گرمایش PTFE گرمایش یکنواخت و یکنواخت را در چرخه های سخت صنعتی ارائه می دهند.