Nguy cơ gãy xương giòn do đông lạnh trong máy dò vật chất tối
Máy dò xenon lỏng (LXe) dùng cho các thí nghiệm vật chất tối hoạt động ở -100 độ và 2 bar. Máy sưởi PFA phải tồn tại trong chu kỳ nhiệt đến nhiệt độ phòng để bảo trì. Mô đun uốn nhiệt độ-thấp xác định khả năng chống nứt trong quá trình hồi chiêu và khởi động-. Phân tích định lượng từ 5 cơ sở vật lý hiếm gặp cho thấy PFA có mô đun uốn dưới 2000 MPa ở -100 độ có khả năng chống gãy giòn; trên 2500 MPa sẽ xảy ra hiện tượng nứt. Độ dày thành 1,5mm cho phép thực hiện 500 chu kỳ nhiệt, trong khi độ dày thành 3,0mm bị nứt trong vòng 50 chu kỳ do ứng suất bên trong cao hơn.
Mô đun uốn và nhiệt độ chuyển tiếp giòn
PFA trải qua quá trình chuyển đổi dẻo-sang-dẻo giữa -50 độ và -100 độ . Mô đun uốn tăng đáng kể dưới quá trình chuyển đổi. Thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D790 ở -100 độ:
| Lớp PFA | Mô đun uốn ở -100 độ (MPa) | Độ giãn dài khi kéo ở -100 độ (%) | Chế độ gãy xương | Tác động của Izod ở -100 độ (J/m) |
|---|---|---|---|---|
| Tiêu chuẩn (độ kết tinh 45%) | 2800 | 8 | Giòn | 25 |
| Trọng lượng phân tử cao (48%) | 2500 | 12 | Bán{0}}giòn | 45 |
| Độ kết tinh thấp (40%, được làm nguội) | 1800 | 25 | dẻo | 85 |
| Copolyme biến tính (độ kết tinh 35%) | 1500 | 35 | dẻo | 120 |
Tính toán ứng suất chu trình nhiệt
Trong thời gian hồi chiêu từ 20 độ xuống -100 độ (ΔT=120 độ ), ứng suất co nhiệt=E × × ΔT. Đối với PFA tiêu chuẩn, E=2800 MPa,=60 ppm/ độ , ứng suất=2800 × 60e-6 × 120=20.2 MPa. Độ bền kéo PFA ở -100 độ là 25 MPa, mang lại biên độ tối thiểu. Đối với PFA có độ kết tinh thấp (E=1800 MPa), ứng suất=13.0 MPa, mang lại giới hạn an toàn gấp 2 lần.
Độ dày của tường và nồng độ ứng suất
Thành dày hơn làm tăng ứng suất uốn trong quá trình luân chuyển nhiệt do độ dốc nhiệt độ lớn hơn:
| Độ dày của tường | Độ dốc nhiệt độ trên tường | Ứng suất uốn (MPa) | Chu kỳ để Crack | Tỷ lệ lan truyền vết nứt |
|---|---|---|---|---|
| 1,5mm | 12 độ | 18 | 500 | 0,0005 mm/chu kỳ |
| 2.0mm | 16 độ | 24 | 200 | 0.002 |
| 2,5mm | 20 độ | 30 | 80 | 0.008 |
| 3.0mm | 24 độ | 36 | 40 | 0.015 |
Khả năng tương thích chất lỏng đông lạnh
Xenon lỏng không tấn công PFA về mặt hóa học, nhưng sự co nhiệt không khớp giữa PFA (60 ppm/độ) và lõi kim loại (13 ppm/độ) tạo ra ứng suất bề mặt. Đối với tường dày 1,5 mm, lực cắt bề mặt là 8 MPa; đối với tường 3,0mm, 12 MPa-vượt quá độ bền bề mặt đông lạnh của PFA (10 MPa) đối với tường dày.
Sản xuất PFA có độ kết tinh thấp-
Để đạt được độ kết tinh thấp đòi hỏi phải làm nguội nhanh chóng khi tan chảy. PFA tiêu chuẩn được làm lạnh ở 10 độ/phút đạt độ kết tinh 45-50%. Làm nguội nước đạt 35-40%. Đối với máy dò LXe, chỉ định PFA đã được dập tắt có độ kết tinh dưới 40% bằng DSC.
Hướng dẫn đặc điểm kỹ thuật
Đối với xenon lỏng ở -100 độ với chu kỳ nhiệt, hãy chỉ định PFA có độ kết tinh thấp ( Độ kết tinh nhỏ hơn hoặc bằng 40%, mô đun uốn<2000 MPa) with wall thickness ≤1.5mm. Require ASTM D790 certification at -100°C and Izod impact >80 J/m. Đối với các máy dò yêu cầu chu trình 1000+, hãy chỉ định PFA-đã được sửa đổi bằng chất đàn hồi (độ kết tinh 30%) với thành 1,5 mm. Giá cao hơn cho PFA có độ kết tinh-thấp (25-so với tiêu chuẩn) được chứng minh bằng cách ngăn ngừa hiện tượng gãy giòn trong các máy dò trị giá hàng triệu đô la.
