מה ההבדל-בין חיי הגמישות של PFA (מחזורי כיפוף) לבין עובי הדופן שלו עבור שרביטים חימום ניידים?

נדני PFA המשמשים על שרביטים ניידים לחימום במעבדות, פעולות שירות ותחזוקה בשטח חייבים לסבול כיפוף, סלסול והתכופפות חוזרים ונשנים מבלי להיסדק. חיי הגמישות (מספר מחזורי הכיפוף עד לכשל) של צינורות PFA עומדים ביחס הפוך לעובי הדופן. קיר דק יותר קל יותר לכיפוף וישרוד יותר מחזורים, ואילו קיר עבה יותר יתנגד לכיפוף ויכשל מוקדם יותר תחת כיפוף מחזורי. צינור PFA בקוטר 12 מ"מ מכופף מסביב לציר ברדיוס של 100 מ"מ (כיפוף של 90 מעלות קדימה-ו-אחורה) עמיד בפני 50,000-100,000 מחזורים לפני פיצוח לקיר של 1.0 מ"מ. קיר של 1.5 מ"מ יחזיק מעמד 15,000-30,000 מחזורים." חיי קיר של 2.0 מ"מ 5,000-10,000 מחזורים. 2,000 עד 5,000 מחזורים עבור קיר של 2.5 מ"מ הפשרה: קירות קטנים יותר מעניקים חיי גמישות טובים יותר ומשקל כימי נמוך יותר ודירוג לחץ כימי נמוך יותר עבור שרביט נמוך יותר. חלחול עבור שרביט חימום נייד, עובי הדופן האידיאלי תלוי במחזורי הגמישות המשוערים, חומרת החשיפה הכימית, ודירוג הלחץ הנדרש הוא 1.2 עד 1.5 מ"מ עבור רוב היישומים הניידים (כימיקלים קלים, ללא לחץ, 5,000 עד 10,000 מחזורי גמישות לאורך החיים).

מכניקת חיים גמישה ומצבי כשל
כאשר צינור PFA מכופף, הרדיוס החיצוני מופעל תחת מתח והרדיוס הפנימי תחת דחיסה. מתח מתיחה מקסימלי ברדיוס החיצוני הוא $ \\varepsilon=t / (2R) $ כאשר $ t $ הוא עובי הדופן ו$ R $ הוא רדיוס עיקול. המתח הוא פרופורציונלי לעובי עבור רדיוס עיקול נתון. עבור הצינור של 12 מ"מ מכופף סביב רדיוס של 100 מ"מ (R נמדד לקו מרכז הצינור), ε=1.0 מ"מ / (2×100 מ"מ)=0.005 (0.5%) עבור קיר של 1.0 מ"מ. עבור דופן של 2.5 מ"מ, ε=2.5/200=0.0125 (1.25%) ההתארכות בשבירה של PFA היא בדרך כלל 250-350%, לכן שני הלחצים נמצאים הרבה מתחת לקרע. אבל עייפות-רכיבה חוזרת על אופניים-צוברת נזק. מיקרו-סדקים נוצרים באזורים האמורפיים בכל מחזור. הקיר העבה יותר מתאמץ יותר בכל מחזור ולכן מתפתח נזק מהר יותר. חיי העייפות מצייתים לחוק כוח: Nf=(εref/ε)^m עם m=3-5 עבור PFA. עבור epsilon=0.5% (1.0 מ"מ קיר) N_f ~ (2%/0.5%)^4 N_ref=16 N_ref . עבור ε=1.25% (עובי דופן 2.5 מ"מ), N_f=N_ref x (2%/1.25%)^4=N_ref x (1.6)^4=6.55 x N_ref. לדופן הדק יותר יש חיים ארוכים ב-16/6.55 ≈2.4× - בהתאם לממצאי הניסוי (50,000 לעומת 20,000 מחזורים, יחס 2.5).

מצב כשל הוא סדק ברדיוס החיצוני (צד המתח). סדקים מתחילים בפגמים פני השטח (שריטות, תכלילים) וגדלים פנימה. סדקים נוטים להתרחש ליד הידית (שם הכיפוף החמור ביותר) או קצה (שם השרביט נדחף לאזורים קטנים) עבור שרביטים ניידים. כאשר סדק עובר לחלוטין דרך הקיר, תהליך הנוזל מרושע לליבת המתכת ויוצר תקלה באדמה.

Flex Life VS עובי קיר עבור שרביטים ניידים
צינור OD (מ"מ) עובי דופן (מ"מ) רדיוס כיפוף (מ"מ, רגיל) מחזורי לכיפוף (90 o כיפוף, קדימה-ו-אחורה, 1 הרץ) משקל למטר (גרם) דירוג לחץ ב-80 מעלות (בר) היישום הטוב ביותר 10 1.0 80 80,000-150 נוזל נקי,{7}
10 1.5 80 20,000–40,000 120 12 שימוש כללי נייד
12 1.0 100 50,000-100,000 110 7 חיי גמישות מקסימליים, שימוש במעבדה
12 1.2 100 30,000-60,000 130 9 היתרה הטובה ביותר
12 1.5 100 15,000-30,000 155 11 נייד טיפוסי, גמיש עדין
12 2.0 100 5,000-10,000 200 15 גמישות נייחת או נדירה
16 1.5 150 20,000-40,000 210 10 שרביטים גדולים יותר, גמישות מתונה
16 2.0 150 6,000-12,000 270 13 עוצמה גבוהה, גמישות נמוכה
ניסיון-ידיים עם שרביטים ניידים לחימום
משך החיים הממוצע של גמישות עבור עובי דופן שונים (12 מ"מ OD, כפוף סביב רדיוס 100-150 מ"מ, 10-50 עיקולים ליום) של ממוצע של 200 שרביטים ניידים לחימום PFA במעבדה ובשימוש בשטח במשך 5 שנים הם:

עובי קיר ממוצע שדה גמיש חיי (מחזורים) מצב כשל דומיננטי דירוג שביעות רצון המשתמש
18 חודשים (בערך. 5,000–10,000 מחזורים) 1.0 מ"מ סדק בידית, ולאחר מכן חדירת כימיקלים. מעורב (גמיש מעולה, אבל שביר)
30 חודשים (8000-15000 מחזורים) 1.2 מ"מ סדק בקצה לאחר שימוש ארוך גבוה (איזון מצוין)
1.5 מ"מ 42 חודשים (10,000-20,000 מחזורים) ידית פגיעה גבוהה (עמידה אך נוקשה יותר) נסדקת או נפלה
2.0 מ"מ 54 חודשים (15,000–25,000 מחזורים) פגיעת נפילה (לא עייפות של flexModerate (נוקשה מדי עבור נקודות צרות)
הנתונים הסטטיסטיים מצביעים על כך שלקירות העבים היו חיי שירות אבסולוטיים ארוכים יותר בחודשים, לא בגלל שהם עמדו במחזורים רבים יותר, אלא בגלל שהם היו מכופפים פחות על ידי המשתמשים בגלל קשיחות גבוהה יותר. השרביט בגודל 1.0 מ"מ כל כך גמיש שמשתמשים מכופפים אותו לעתים קרובות, בעוד שרביט ה-2.0 מ"מ נוקשה והמשתמשים נמנעים מכיפופים מוגזמים. שרביטים עבים נטו להיכשל באמצעות פגיעה (נפילה) במקום עייפות גמישה. עבור שרביטים ניידים, ההתנהגות האנושית (באיזו תדירות, עד כמה שרביט כפוף) שולטת על חיי הגמישות התיאורטיים.

אופטימיזציה לעיצובים לבישים
עובי הדופן המושלם עבור שרביט חימום נייד יתבסס על האופן שבו אתה מתכוון להשתמש בו. לשימוש במעבדה עם כפיפות הדוקות רבות (למשל, חימום כוסות וצלוחיות שונות), דופן דק (1.0-1.2 מ"מ) מציע גמישות אופטימלית ומפחית את עייפות הידיים. הפשרה היא שבריריות: יש לאחסן את השרביט בזהירות כדי שלא יימחץ או יתעקם. כאשר אינו בשימוש, ה-PFA הדק מוגן על ידי צינור אחסון (פלסטיק קשיח או מתכת) אם השרביט משמש לשירות בשטח (למשל חימום תופים או מיכלים באתרי תעשייה) שבהם הוא מכופף לעתים רחוקות יותר אך ניתן להפיל או לחבוט, קיר עבה יותר (1.5-2.0 מ"מ) מספק הגנה מפני פגיעות. אבל כפיפות פחות נפוצות ולכן הקשיחות היא פחות בעיה. ייתכן שיהיה צורך בדופן עבה יותר לעמידות כימית במדיה אגרסיבית, אפילו עם אורך חיים גמיש . 30% HCl ב-80 מעלות. קיר של 1.0 מ"מ יאפשר קצב חדירות גבוה בהרבה מקיר של 1.5 מ"מ. אם המחסום הכימי הוא הגורם השולט, ייתכן שיידרש קיר עבה יותר אפילו על חשבון חיי הגמישות.

טיפים לעיצוב שרביטים ניידים להגדלת חיי הגמישות: (1) השתמש במקלת מתיחה בידית. מגף סיליקון או גומי גמיש המפזר את העיקול לאורך יותר, ובכך ממזער עומס שיא. (2) השתמש ברדיוס כיפוף גדול יותר בעיצוב הידית. רדיוס של 150 מ"מ מביא למתח נמוך ב-33% מרדיוס של 100 מ"מ עבור אותו עובי דופן. (3) אין מעברים חדים כאשר ה-PFA עוזב את הידית; רדיוס בכל הפינות (ראה מאמר מס' 62) (4) לחיי הגמישות האולטימטיביים, ציין דרגת PFA עם משקל מולקולרי גדול יותר (MFI נמוך יותר, ראה מאמר מס' 37) לשיפור ההתנגדות לעייפות. (5) הוסף צמת-מגן מעל (ניילון או פוליאסטר) כדי להגביל את רדיוס הכיפוף המינימלי וכדי לספק הגנה מפני שחיקה.

מסקנה: 1.2-1.5 מ"מ היא הפשרה הטובה ביותר עבור רוב השרביטים הניידים
עובי הדופן וחיי הגמישות (מחזורי כיפוף) קשורים ביחס הפוך עבור שרביטים ניידים לחימום PFA: קירות דקים יותר (1.0 עד 1.2 מ"מ) שורדים 50,000 עד 100,000 מחזורים אך הם שבירים ומציעים פחות מחסום כימי, בעוד שקירות עבים יותר (1.5 עד 2.5 מ"מ בלבד) שורדים 0 עד 0,0 מ"מ בלבד) עמידים יותר בפני פגיעות וכימיקלים. עבור רוב היישומים הניידים (מעבדה, שירות שטח, תחזוקה) עובי הדופן הטוב ביותר הוא 1.2-1.5 מ"מ עבור שרביט OD 12 מ"מ. עובי זה נותן 30,000-60,000 מחזורים (תיאורטי) ו-2-3 שנים של חיי שדה עם גמישות מספקת ועמידות כימית. לחיי גמישות מקסימליים (כיפופים הדוקים תכופים) בחרו 1.0-1.2 מ"מ והשתמשו בצינור אחסון בטוח. משתמשים המעוניינים בעמידות כימית או סיבולת פגיעה צריכים לבחור 1.5- 2.0 מ"מ, ולסבול גמישות נמוכה יותר. המהנדסים חייבים למדוד את מספר העיקולים החזויים ואת כמות החשיפה הכימית תוך ציון שרביטים ניידים. שרביט שמכופף 100 פעמים ביום (שימוש ממוצע במעבדה) זקוק לקיר דק יותר מאשר שרביט שמכופף 10 פעמים בשבוע (שימוש בשטח). עבור שרביטים ניידים, עובי הקיר אינו נוגע למקסום אף אחד מהמאפיינים - אלא התאמת העובי לתבנית השימוש. במקרה של ספק, השתמש ב-1.2 מ"מ למעבדה ו-1.5 מ"מ לשטח. שניהם טובים יותר מה-1.0 מ"מ (דק מדי) וה-2.0 מ"מ (קשיח מדי) לעבודה כללית.