Bubble Nucleation Vandamálið í háhitafjölliðuvinnslu-
Fljótandi kristallaða pólýester (LCP) for-fjölliður sem unnar eru við 300 gráður í bræðslu-fasa reactors krefjast PFA-hjúpaðra hitara. Leysileifar (vatn, asetón eða NMP) sem eru föst innan PFA hjúpsins rokka upp við þessi mikla hitastig og mynda loftbólur við fjölliða-málmskil sem þenjast út og losa PFA lagið. Magngreining frá 12 LCP framleiðslulínum sýnir að með því að draga úr leifarinnihaldi leysis úr 0,5% í 0,1% minnkar kjarnaþéttleiki kúla úr 25 í 3 loftbólur á cm² eftir 1000 klukkustundir, sem lengir líftíma hitara úr 2000 í 8000 klukkustundir.
Rokvirkni leysis og kúlamyndunarkerfi
PFA gleypir leifar úr vinnsluleysi við framleiðslu (útpressun, mótun eða hitasamdráttur) með dæmigerðu magni upp á 0,3-0,8% miðað við þyngd. Við 300 gráður fer gufuþrýstingur algengra leysiefna yfir 100 bör, langt yfir 10-20 MPa hringstyrk PFA við þetta hitastig. Þegar leysirinn gufar upp við fjölliða-málm tengið myndar það loftbólur sem þenjast út og rýma PFA frá kjarnanum. Mikilvægur loftbóluradíus fyrir útbreiðslu mælist með yfirborðsorku, styrkleika milliflata og gufuþrýstingi. Endanlegt frumlíkan sýnir að loftbólur yfir 50 míkron í þvermál fjölga sér sjálfar, vaxa þar til þær renna saman og valda fullri aflögun á 10-100 mm² svæði.
Leifar leysistegundar og bólueiginleika
Mismunandi leifar af leysiefnum framleiða mismunandi kúlukjarna hegðun byggt á suðumarki þeirra og samspili við PFA. Vatn (suðumark 100 gráður) gufar að fullu upp við upphafshita-allt að 300 gráður, og myndar margar litlar loftbólur (50-100 míkron) sem geta leyst upp aftur ef þrýstingi er viðhaldið. Aseton (56 gráður) gufar jafnvel fyrr en hefur lægri leysni í PFA, sem framleiðir færri en stærri loftbólur (200-500 míkron). NMP (202 gráður) gufar smám saman yfir breitt hitastig og skapar samfelldan straum af litlum loftbólum sem veikja viðmótið smám saman. Fyrir LCP vinnslu við 300 gráður eru vatn og NMP leifar erfiðastar vegna þess að uppgufunarsnið þeirra skarast við PFA mýkingarsviðið (260-310 gráður), þar sem fjölliða er mest samhæft og kúlaþenslu er minnst viðnám.
Bubble Nucleation Density eftir leifastigi
Hröðunarprófanir á öldrun við 300 gráður undir köfnunarefnislofti með því að nota PFA afsláttarmiða sem eru tengdir við Incoloy hvarfefni sýna skýra fylgni á milli innihalds leysiefnaleifa og -bóluaflögunar:
| Afgangsmagn leysis (wt%) | Kjarnaþéttleiki kúla eftir 500 klst. (bólur/cm²) | Meðalþvermál kúla (míkron) | Tími til fyrstu kúlamyndunar (klst.) | Áætlaður líftími hitara til aflögunar (klst.) |
|---|---|---|---|---|
| 0.1% | 2-4 | 30-50 | 800 | 8000 |
| 0.2% | 8-12 | 50-80 | 400 | 5500 |
| 0.3% | 15-20 | 80-120 | 250 | 4000 |
| 0.4% | 22-28 | 100-150 | 150 | 3000 |
| 0.5% | 25-35 | 120-200 | 100 | 2000 |
Eftir-vinnsla til að draga úr leifar leysis
Framleiðendur geta dregið úr leifarinnihaldi leysis með lofttæmiþurrkun eða varmaglæðingu eftir PFA-hjúpun. Tómarúmþurrkun við 120 gráður og 50 mbar í 24 klukkustundir dregur úr leysiefni úr 0,5% í 0,15-0,20%. Hitaglæðing við 180 gráður í lofti í 48 klukkustundir nær 0,10-0,12% en getur valdið lítilsháttar yfirborðsoxun (gulnun) sem hefur ekki áhrif á frammistöðu við 300 gráður. Tveggja þrepa vinnsla (tæmi fylgt eftir með varmaglæðingu) nær 0,08-0,10% afgangsleysi. Viðbótarvinnslan bætir 10-15% við hitarakostnað en lengir líftíma 3-4x í LCP þjónustu. Fyrir mikilvæga notkun skal tilgreina glæðingu eftir hjúpun með mælingu á leifar leysis með hitaþyngdarmælingu (TGA) á eyðileggjandi sýni úr hverri framleiðslulotu.
Veggþykkt og kúlafjölgun
Þykkari PFA veggir standast útbreiðslu kúla vegna þess að meira efni verður að færa til til að kúla nái mikilvægri stærð. Fyrir tiltekið kúlukjarnatilvik þarf 2,5 mm vegg 1,7x meira gufurúmmál til að ná aflögun samanborið við 1,5 mm vegg. Hins vegar innihalda þykkari veggir einnig meira magn leysis (2,5 mm veggur hefur 67% meira fjölliða rúmmál en 1,5 mm fyrir sama yfirborðsflatarmál), sem getur hugsanlega veitt meiri gufugjafa. Nettóáhrifin eru þau að þykkari veggir eru gagnlegir ef afgangsstyrkur leysis er lítill (< 0.2%) because the added material strength outweighs the increased solvent inventory. At higher residual levels (>0,4%), þykkari veggir versna í raun delamination með því að veita meiri gufugjafa. Fyrir LCP vinnslu við 300 gráður skal tilgreina 2,2 mm veggi með leifar leysis undir 0,15%.
LCP bráðnar samspil við kúla
Bólur sem myndast við fjölliða-málmviðmótið en valda ekki fullri aflögun geta samt haft áhrif á afköst hitara með því að skapa hitaþol. LCP bráðnar við 300 gráður hefur hitaleiðni upp á 0,25 W/m·K, svipað og PFA. 100 míkróna loftbóla (0,026 W/m·K) bætir við hitauppstreymi sem jafngildir 1,0 mm af PFA og skapar staðbundna heita reiti. Innrauð myndataka af hitara sem eru í notkun eftir 1000 klukkustundir sýnir að yfirborð með kúlaþéttleika upp á 10 loftbólur/cm² mynda hitabreytingar upp á ±12 gráður, sem veldur ójafnri LCP fjölliðun. Fyrir LCP gráður sem eru viðkvæmar fyrir einsleitni hitastigs (flestar eru ±5 gráður), verður kúlaþéttleiki að vera undir 5 loftbólum/cm² allan endingartímann, sem krefst afgangsleysis undir 0,15% og veggþykkt 2,0-2,2 mm.
Forskriftarleiðbeiningar fyrir LCP for-fjölliðahitara
Fyrir fljótandi kristallaða pólýester for-fjölliðavinnslu við 300 gráður, tilgreinið PFA hjúpun með leifar leysisinnihalds undir 0,15% mælt með TGA (hitun í 350 gráður við 10 gráður/mín undir köfnunarefni). Krefjast eftir-græðslu við 180 gráður í 48 klukkustundir eða skjalfest sambærilegt ferli. Fyrir veggþykkt, tilgreindu 2,0-2,2 mm til að koma á jafnvægi milli vélræns styrks og minni leysiefnabirgða. Óska eftir kúluprófun frá birgjum með því að nota dæmigert Incoloy hvarfefni sem er hitað í 320 gráður í 100 klukkustundir; Viðunandi sýni sýna engar loftbólur sem sjást við 10× stækkun. Fyrir samfellda 300 gráðu vinnslu sem fer yfir 5000 klukkustundir, þarfnast leifar af leysi undir 0,10% og íhugaðu ársfjórðungslega innrauða skoðun á starfandi hitara til að greina bólumyndun áður en aflagun heldur áfram. Þegar óskað er eftir tilboðum, tilgreinið hámarks leyfilegan kúlaþéttleika (venjulega 5 loftbólur/cm²) á áætluðu skiptibili. Birgir með reynslu af fjölliðuvinnslu með-háhitastigi geta útvegað leifar leysiefnavottun og kúluprófunargögn sem staðlað gæðaskjöl. Aukinn kostnaður við litla-afgangsvinnslu (15-20% aukagjald) er réttlættur með því að útrýma ótímabærum bilunum sem valda breytileika í víxltengingu LCP og vöruúrgangi sem er óviðeigandi að verðmæti 50.000–50.000–100.000 í hverri lotu í samfelldri LCP framleiðslu.
