Os suportes de suporte do aquecedor PFA-usados para posicionar aquecedores em tanques ou para segurar equipamentos auxiliares-ocasionalmente suportam cargas mecânicas sustentadas em temperaturas elevadas. A 180 graus (perto do limite de uso contínuo do PFA de 200 graus), a ruptura por fluência torna-se o modo de falha dominante para suportes carregados. Para um suporte carregado a 5 MPa (típico para um aquecedor de 10 kg pendurado em um suporte de seção-transversal de 50 mm²), a vida útil realista da ruptura por fluência é de 500 a 2.000 horas, dependendo do grau de PFA, da cristalinidade e da qualidade de fabricação. Isto é muito menor do que a vida útil típica do aquecedor (10.000–30.000 horas). Portanto, os braquetes PFA não devem ser usados para cargas sustentadas acima de 2 MPa a 180 graus. Para cargas acima de 2 MPa, utilizar suportes metálicos com revestimento PFA ou suportes metálicos separados. Os dados de ruptura por fluência abaixo fornecem orientação para um projeto seguro.
Mecanismos de ruptura de fluência em 180 graus
A 180 graus, o PFA está acima de sua transição vítrea (Tg=-15 grau), mas abaixo de seu ponto de fusão (305 graus). O polímero apresenta fluência viscoelástica: sob carga constante, deforma-se continuamente. Na fase de fluência primária (primeiras 0–100 horas), a deformação aumenta a uma taxa decrescente. Na fluência secundária (100–1.000 horas), a taxa de deformação é constante. Na fluência terciária (acima de 1.000 horas), a deformação acelera à medida que se formam vazios e a seção transversal-efetiva diminui, levando à ruptura. Para um suporte PFA carregado a 5 MPa a 180 graus, o tempo típico para atingir a fluência terciária é de 200 a 500 horas; a ruptura ocorre em 500–2.000 horas. A vida de ruptura segue o parâmetro Larson-Miller: LMP=T × (C + log t), onde T é a temperatura (K), t é o tempo de ruptura (horas) e C é uma constante do material (≈20 para PFA). Para um determinado LMP, uma temperatura mais elevada reduz a vida exponencialmente.
A cristalinidade do PFA afeta fortemente a resistência à fluência. O PFA de alta-cristalinidade (55–65%) tem uma vida útil de fluência 2–3 vezes mais longa do que o PFA de baixa-cristalinidade (35–45%). Os suportes recozidos (recozimento pós{10}}moldagem a 200 graus por 4 horas) também apresentam vida útil mais longa (consulte o Artigo nº 41). A geometria do suporte é importante: cantos agudos concentram a tensão e reduzem a vida útil em 50–80% em comparação com designs com raio.
Vida de ruptura de fluência por estresse e temperatura
| Temperatura (grau) | Estresse (MPa) | Grau PFA | Cristalinidade (%) | Rupture Life (horas, típico) | Modo de falha |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 2 | Padrão | 45 | 8,000–15,000 | Deflexão excessiva (fluência) |
| 180 | 3 | Padrão | 45 | 3,000–6,000 | Ruptura de fluência |
| 180 | 4 | Padrão | 45 | 1,000–2,500 | Ruptura com formação de vazio |
| 180 | 5 | Padrão | 45 | 500–1,500 | Ruptura rápida |
| 180 | 6 | Padrão | 45 | 200–500 | Deflexão imediata, ruptura |
| 180 | 5 | Alta-cristalinidade (recozida) | 60 | 1,200–2,500 | 2× vida vs. padrão |
| 180 | 5 | Baixa-cristalinidade (não recozida) | 38 | 300–800 | 50% de vida vs. padrão |
| 160 | 5 | Padrão | 45 | 3,000–6,000 | A temperatura mais baixa prolonga a vida |
| 200 | 3 | Padrão | 45 | 500–1,500 | Perto do limite superior para PFA |
| 150 | 5 | Padrão | 45 | 6,000–12,000 | Aceitável para cargas intermitentes |
Recomendações de projeto seguro
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long-term service (>5.000 horas). Calcule a tensão como σ=F / A, onde F é a carga (N) e A é a área transversal-mínima do suporte (mm²). Para uma carga de 50 N (≈5 kg), área necessária A=F/σ=50 / 2=25 mm². Um suporte com seção-transversal de 5 mm × 5 mm (25 mm²) é o mínimo. Para uma carga de 100 N (10 kg), a área mínima é de 50 mm² (7 mm × 7 mm). Estes são tamanhos mínimos; colchetes maiores fornecem margem de segurança.
Para cargas acima de 2 MPa a 180 graus, use um suporte de metal (aço inoxidável, titânio ou Hastelloy) com revestimento ou luva de PFA para evitar ataque químico. O suporte metálico suporta a carga; o PFA fornece resistência química. Alternativamente, apoie o aquecedor por cima (tensão) em vez de por baixo (compressão) usando uma haste de metal através do centro do aquecedor. O PFA é mais forte em compressão do que em tensão; a vida útil da fluência por compressão é 2–3 vezes maior do que a vida pela fluência por tração para a mesma tensão.
Para suportes PFA existentes operando sob alta tensão, inspecione anualmente quanto a deformações. Meça as dimensões originais do suporte e compare com as atuais. Uma deflexão permanente superior a 2 mm ou qualquer fissura visível justifica a substituição imediata. Se o suporte estiver deformado, mas não rachado, ele poderá continuar a funcionar, mas com capacidade reduzida. Para aplicações críticas (o aquecedor pode cair no tanque), substitua os suportes deformados independentemente do estado de fissuração.
Exemplo de campo
Uma fábrica de produtos químicos utilizou suportes PFA para suportar um aquecedor de 15 kg (carga de 150 N) a 180 graus. A seção transversal-do suporte era de 10 mm × 8 mm (80 mm²), fornecendo σ=150/80=1.9 MPa-dentro do limite de segurança. Após 18 meses (≈13.000 horas), o braquete apresentou 3 mm de deflexão, mas sem rachaduras. O aquecedor ainda estava apoiado. Aos 2,5 anos (18.000 horas), a deflexão atingiu 6 mm e o aquecedor estava cedendo. O suporte foi substituído durante um desligamento programado. O suporte não havia falhado, mas estava próximo do fim de sua vida útil. A fábrica revisou seu projeto para utilizar suportes metálicos em instalações futuras, citando a necessidade de vida útil indefinida.
Conclusão: Limite a tensão do suporte PFA a 2 MPa a 180 graus
A vida útil realista de ruptura por fluência de um suporte de aquecedor PFA carregado a 5 MPa e 180 graus é de apenas 500 a 2.000 horas-insuficiente para a maioria das aplicações industriais. Para serviço de-longo prazo (5,000+ horas), limite a tensão a 2 MPa. Para cargas acima de 2 MPa, utilizar suportes metálicos com revestimento PFA ou suportes metálicos separados. Se for necessário usar colchetes PFA, especifique alta-cristalinidade, PFA recozido, raio em todos os cantos e inspecione anualmente quanto à deflexão. O PFA é um excelente material para resistência química, mas é um material ruim para suporte de carga sustentada-em altas temperaturas. Não peça ao PFA para fazer o que o metal deveria fazer. Na dúvida, use metal. O custo de um aquecedor caindo em um tanque e entrando em curto contra a parede é muito maior do que o custo de um suporte de metal adequado. Projete o suporte para a carga, não para a conveniência de uma solução-de material único.
