Өндөр температуртай дулааны сааруулагч хэрэглээнд зориулсан полиамид материалийн чанарыг үнэлэх арга замууд

Полиамид материалийн дулаан тэвчих чадвар: Өндөр температурт ажиллах үзүүлэлтүүд

Ажиллагааны гэмтэлд урьдчилан сэргийлэх шилэн шилжилтийн температур (Tg)

Шилэн шилжилтийн температур эсвэл Tg нь полиамидууд дулааныг таслагчийн системүүдэд ямар нэгэн чухал цэгт өөрөөр хандахыг илэрхийлдэг. Өнгөрсөн жилийн Polymer Science сэтгүүлийн судалгаагаар хэвийн зэрэглэлийн материалын хувьд ихэвчлэн 80-120 градус Цельсийн хооронд байдаг энэ тэмдэгтээс дээш температур очих үед полимерийн гинжнүүд илүү хөдөлгөөнтэй болдог бөгөөд материал нь хатуу байдлын ойролцоогоор 60%-ийг алддаг. Барилгын бүрхүүлүүдийн хувьд дулааны долгионтой үед ердийн ажиглагддаг температураас 30-50 градусаар өндөр Tg-ийн зэрэглэлтэй материалыг сонгох нь нийтдээ хэмжээний тогтвортой байдлыг сайжруулдаг. Хайх ёстой сайн шинж чанаруудад Tg-ийн 80% дээр шалгах үед анхны суналтын хүчийг дор хаяж 80%-иар хадгалж чадах, 50°C-с Tg хүртэлх температурын мужид 0.2%-иас доош хэмжээтэй хязгаарлагдмал томрох хурд, анхны хэмжилттэй харьцуулахад ойролцоогоор 10% хазайлттай байдаг цахилгаан тусгаарлагчийн шинж чанаруудыг хадгалах орно.

Давтамжтай дулааны ачааллын дор урт хугацааны ползох эсэргүүцэл

Дулааныг тасралтгүй халаах, хөргөх нь дулааныг задлахад ашигладаг полиамид материалаас удаан хугацаанд хэлбэрээ өөрчлөх шалтгаан болдог. Лабораторийн шинжилгээнд 5000 цагийн турш өртсөн үед өндөр урсгалын хувилбарууд ойролцоогоор 0.12 мм байнгын деформаци үзүүлдэг боловч ISO 899-1 стандартын дагуу анхны ховилын хүчний ойролцоогоор 89%-ийг хадгалдаг. Нүүрстөрөгчийн ширхэгээр баталгаажсан сонголтууд ердийн материалтай харьцуулахад хүйтэн урсгалын асуудлыг бараг 92 хувиар бууруулдаг. Зарим шинэ томъёонууд илүү сайн үзүүлэлттэй бөгөөд ASTM D2990 тестээр хэмжих үед хамгийн их хүчний 80%-иар стресслэгдэх үед цэврүүний хурд цагт 0.01%-аас бага байдаг. Эдгээр ахиц чиглэлүүдийг ийм үнэ цэнэтэй болгож буй зүйл бол полиамидыг алюминийн задаргааны шинж чанарт маш ойртуулж, зөвхөн 5%-ийн ялгаатай байлгаж чаддагт оршдог. Энэ нарийвчлалтай таарц нь температур хэлбэлзэх үеийн задаргааны ялгаатай хурдны улмаас давхаргууд хоорондоо тусгаарлагдах ийм зовиуртой холбоосын асуудлыг саатуулдаг.

Полиамид болон хөнгөн цагааны хоорондох заагийн найралт: Дулааны стресст тэсвэрт чадварыг үнэлэх

Полиамид-хөнгөн цагааны дулааныг таслагч системд найралтын механизм

Найралт нь механик хооронд орох болон химийн найралтаар тодорхойлогдоно. Гадаргууг ирмэглэх (Ra ≥ 3.2 µm) нь полиамидаар нэвтрэх боломжийг бий болгох ба амин бүлэгтэй найрлага нь хөнгөн цагааны исэлтэй ковалент холбоог хүчтэй болгодог. Плазмын идэвхжил болон найралтыг сайжруулагч холимогийн хавсарсан эмчилгээ нь боловсруугүй гадаргуун дээрх найралтын хүчийг 18%-иар нэмэгдүүлж, урт хугацааны тэсвэрт чадварыг сайжруулдаг.

Өндөр температурт заагийн хоёрдмол давхарга хоорондын салалтын микроструктур шинжилгээ

Дулааны цикл (ΔT = 80°C) нь гурван шаттай эвдрэлийн процессийг эхлүүлдэг: Tg цэгт полимер зөөлрөх, исэлтийн давхаргад микро трещин үүсэх, мөн эцэст нь хольдмос найралт-кохезив эвдрэл үүсэх юм. Сканерын электрон микроскоп нь ХТН-ийн тохирохгүй байдал 15 ppm/°C-аас хэтэрсэн стресийн концентрацын бүсэд, ялангуяа муу найралсан заагийн мужид хоёрдмол давхарга хоорондын салалт эхэлдэгийг харуулж байна.

Туршлага: Европын занаварын ханын системд интерфейсийн гэмтэл

2023 онд арван хоёр худалдааны барилганд явуулсан шалгалт нь полиамид болон хөнгөн цагаангаас хийсэн дулаан таслагчидтай холбоотой зарим анхаарал татамхай олдворуудыг илчилжээ. Эдгээр суурилуулалтын ойролцоогоор гуравны хоёр нь суурилуулахад зөвхөн таван жилийн дотор эрт үед хуслан тусгаарлагдах асуудалд орж байв. Юу буруу болсныг илүү гүнзгий судлах үед, судлаачид гэмтлийг үүсгэсэн ерөнхий асуудлуудыг олж тогтоов. Хэдий нь ихэнх нь гадаргуун дээр зөвлөгдсөн 85%-ийн хүрээг хангахгүй байх зэргээр наалдамхай бодисын хучилт муу байсан. Бусад нь метр тутамдаа 0.15 мм-ээс илүү өргөсөх мөчлөгт өртсөн бол, тагласан шугамын дагуу чийг нэвтрэх нь өөр нэг гол шалтгаан байв. Гэмтсэн дараа загварчлалыг судалсан үед эрдэмтэд сонирхолтой зүйлсийг илрүүлсэн: сайн байдлын цэгүүдтэй харьцуулахад гэмтсэн цэгүүд дээр усны бүлгийн тоо ойролцоогоор гуравны нэгээр бага байсан. Энэ нь хугацаа өнгөрөх тутам дулааны нөлөөгөөр химийн задралын процесс хурдсаж магадгүйг харуулж байна.

Полиамид суурилсан дулааныг таслагчийн гэмтлийн механизм: трещинээс хүртэл харилцан нөлөөлөх чийг, дулааны нас баралт

Дулааны тохироогүй байдалд үүссэн стрессийн улмаас трещин үүсэх

Полиамид болон хөнгөн цагаан хоорондын ялгаатай задаргаа нь давтамжийн захын стрессыг үүсгэдэг. 2023 оны NIST-ийн судалгаагаар давтамжийн дулааны горим (ΔT ≥ 80°C) нь 5,000 горимын дараа эвлэрэх эсэргүүцлийг 40% бууруулдаг. Микро трещин нь түгжих хэрэгслүүдийн нүх шиг стресийн төвлөрөх цэгүүд дээр үүсч, зангийн ханын орчинд жилд 0.3 мм-с илүү хурдаар томордог бөгөөд бүтцийн холбоог муутгадаг.

Харилцан нөлөөлөх чийг, дулааны нас баралтын бүтцийн бүрэн байдлын дээрх нөлөө

Чийг шингээх нь полиамидыг пластикжуулах замаар задалдаг—85% харьцангуй чийгшилтэй үед Tg-г 15–25°C-р бууруулдаг—мөн гидролиз нь амидын холбоог задалдаг. EN 14037 нөхцөлд (70°C, 95% харьцангуй чийгшилт), 1,000 цагийн дараа бат бөхийн чанар 30% буурч, дулаан ба чийгийн нөлөөллийн хослолоор суларсан исэлдсэн хөнгөн цагаан-полиамидын захын хэсгээс гэмтэл голдуу үүсдэг.

Салбарын парадокс: Өндөр бат бэхийн найрлага vs. Талбайн гүйцэтгэлийн зөрүү

Эдгээр материалууд лабораторийн шалгуураар 120 МPа-аас дээш хүчтэй байх эдгээр "өндөр үзүүлэлттэй" полиамид ашиглах үед ч гэсэн таван халдын нэг нь дулааныг таслах үедээ хугарч байна. Энэ асуудал инженерүүд статик ачааллын багтаамжид илүү их анхаарч, цаг хугацааны өөрчлөлт, нарны гэрэл болон химийн нөлөөлөл, мөн бодит суурилуулалтын үеийн стресстэй холбоотой зүйлсийг анхаарахаа больсон үед гарч ирж байна. Бодит хэрэглээг авч үзвэл зөвхөн хамгийн их хүчийг бус, ползох эсэргүүцэлд зориулан тусгайлан боловсруулсан материалыг ашигласан нь илүү сайн үр дүнтэй байдаг. Ийм тусгай найрлагууд 70 хэмийн температур, 10 МPа-ийн даралтанд 1%-иас бага деформацийг хадгалдаг бөгөөд европын мониторингийн дор буй таван фасадын системийн есөн дэх нь яагаад ийм сайн ажилладагийг тайлбарлаж өгдөг. Энэ нь загварчлагчид ганц тоон үзүүлэлтийг л хараад байхын оронд үзүүлэлтийн янз бүрийн хүчин зүйлсийг тэнцвэртэй харьцуулах ёстойг харуулж байна.

Ачааллын үйл ажиллагааг үнэлэх: Полиамид-алюминийн зааг дээрх гулсах зан, харимхайн чадал

Дулаан таслагдсан хүрээнүүд дэх харимхайн ачааллыг дамжуулах үр дүнтэй байдал

Бүтээцүүдийн үйл ажиллагаа нь полиамидын төв материал аль ч алюминийн профилиудын хооронд харимхайн ачааллыг хэр сайн дамжуулах боломжийг олгох эсэхээс шууд хамаардаг. Инженерүүд эдгээр системийг зөв дизайн хийх замаар полимерийн гинжнүүдийн ухаалгаар зохицуулсан байршил ба материалын кристаллог чанарт зөвхөн тохирох түвшинд байх хандлага бүхий ойролцоогоор 85% эсвэл түүнээс дээш ачааллыг дамжуулах үр дүнтэй байдлыг хүртэл хүрэх боломжтой. Туршилтууд нь цонхны ханын хэрэглээнд давтамжтай халах, хөргөх горимд оролцож буй 70 хэмийн температурт бага вискозитэт бүхий полиамидуудыг ашиглах үед ачааллыг хадгалах хурд нь 18-22 хувийн хооронд сайжирдагийг харуулж байна. Энэ нь материалын бодит барилгын орчин дахь ердийн ажиллагааны нөхцөлд цаг хугацааны туршид илүү сайн тэсвэрлэж чаддаг болохыг харуулж байна.

Нийлмэл дулаан ба механик стресст өртөх үеийн гулсаж эхлэх зааг

Лабораторийн нөхцөлд полиамид-алюминийн зааг хязгаар 4–6 кН/мм² данзны стрессийг гаргалт эхлэхээс өмнө тэсвэртэй байдаг. Гэсэн хэдий ч, +80°C/–20°C температурын цикл болон салхины механик ачаалал зэрэгцэж үйлчлэх үед талбайн өгөгдлүүд 30–40% сулрахыг харуулсан. Энэ гүйцэтгэлийн зөрүү нь бодит ертөнцийн термомеханикийн холболтыг имитаци хийх хурдасгасан нас барилтын аргачлалын чухлыг онцолно.

Өгөгдлийн цэг: ASTM E2129 шаардлагад нийцэх чадвар ба түүний хязгаарлалт

ASTM E2129 стандарт нь бидэнд зарим нэг сайн үнэлгээний аргуудыг өгдөг ч гэсэн жинхэнэ нөхцөлд чухал ач холбогдолтой хэд хэдэн аспектыг алгасдаг. Жишээ нь, материалууд ихэвчлэн урт хугацааны ползучесть (creep) гэж нэрлэгддэг зүйлийг переживаят, тэдгээр 1000 цагийн динамик шалгууруудын үеэрээ ойролцоогоор 12-15 хувийн деформац болдог. Мөн сорвит халууны нөлөллөөс болж холбоосны хүчийг ойролцоогоор 25 хувиар бууруулж болно. Мөн дулааны рачетингийг ч мартаж болохгүй, энд задрал нь 300-гаад циклд орсны дараа 2-3 дахин хурдан явагддаг. Инженерүүд цикл дулааны ачааллын зураглалыг одоо байгаа ASTM аргачламтай хослуулах үед эвдрэлтэй холбоотой илүү нарийн таамаглал гаргадаг. Судалгаанууд энэ арга зам нь фасадын инженерийн ажилд 60-75 хувийн нарийвчлалыг сайжруулдагийг харуулсан. Энэ нь суурилуулахаас өмнө системийг зөв баталгаажуулахыг оролдож байхад ихэвчлэн ялгааг бий болгодог.