بالنسبة للتسخين المباشر بالغمر للزينون السائل (LXe، -100 درجة، 2 بار) في أجهزة الكشف عن المادة المظلمة، كيف يرتبط معامل الانثناء منخفض الحرارة لسخان PFA (ASTM D790 عند -100 درجة) بسمك الجدار (1.5 مم مقابل . 3.0 مم) لمنع الكسر الهش أثناء التدوير الحراري إلى درجة حرارة الغرفة؟

خطر حدوث كسر هش مبرد في أجهزة كشف المادة المظلمة
تجري دراسات المادة المظلمة باستخدام كاشفات الزينون السائل (LXe) عند درجة -100 درجة و2 بار. للصيانة، يجب أن تتحمل سخانات PFA التدوير الحراري لدرجة حرارة الغرفة. يحدد معامل الانحناء -لدرجة الحرارة المنخفضة مقاومة التصدع أثناء فترة التهدئة والإحماء-. PFA مع معامل الانحناء أقل من 2000 ميجا باسكال عند -100 درجة يقاوم الكسر الهش؛ فوق 2500 ميجا باسكال، يحدث التشقق، وفقًا للبيانات الكمية من خمسة مختبرات لفيزياء الأحداث النادرة. يمكن للجدار الذي يبلغ سمكه 1.5 مم أن يتحمل 500 دورة حرارية، بينما ينكسر الجدار الذي يبلغ سمكه 3.0 مم بعد 50 دورة بسبب زيادة الضغط الداخلي.

درجة الحرارة الانتقالية الهشة ومعامل الانحناء
بين -50 درجة و -100 درجة، يتغير PFA من كونه مطاوعًا إلى هشًا. تحت المرحلة الانتقالية، يرتفع معامل الانحناء بشكل حاد. الاختبار لكل ASTM D790 عند -100 درجة:

معامل الثني بدرجة PFA عند -100 درجة (MPa) استطالة الشد عند -100 درجة (%) مقاومة التأثير في وضع الكسر (Izod عند -100 درجة، J/m)
قياسي (45% تبلور) 2800 8 هش 25
وزن جزيئي عالي (48% تبلور) 2500 12 شبه-هش 45
بلورة منخفضة (40%، مروي) 1800 25 مطيلة 85
تعديل البوليمر المشترك (35% تبلور) 1500 35 الدكتايل 120
1200 50 إلاستومر-معدل (30% تبلور) مرن للغاية 180
حساب إجهاد الدورة الحرارية
إجهاد الانكماش الحراري يساوي E × × ΔT أثناء التبريد من 20 درجة إلى -100 درجة (ΔT=120 درجة ). E عند -100 درجة=2800 ميجا باسكال،=60 جزء في المليون/ درجة (قيمة درجة حرارة منخفضة)، والإجهاد=2800 × 60e-6 × 120=20.2 ميجا باسكال لـ PFA النموذجي. تبلغ قوة الشد PFA عند -100 درجة 25 ميجا باسكال، مما يوفر الحد الأدنى من الهامش. الإجهاد=13.0 MPa لـ PFA منخفض البلورة (E =1800 MPa)، مما يوفر مخزنًا مؤقتًا آمنًا ثنائي الشق.

تركيز الإجهاد وسمك الجدار
ونظرًا لوجود فرق أكبر في درجة الحرارة بين الجدران السميكة، يزداد إجهاد الانحناء أثناء التدوير الحراري. لتبريد أنبوب قطره 50 ملم بين 20 درجة و-100 درجة:

سماكة الجدار، وإجهاد الانحناء عند الجدار الداخلي (MPa)، وتدرج درجة الحرارة عبر الجدار (ΔT)، ودورات بدء التشقق، ومعدل انتشار التشقق (مم / دورة)
1.5 ملم 12 درجة 18 500 0.0005 2.0 ملم 16 درجة 24 200 0.002 2.5 ملم 20 درجة 30 80 0.008 3.0 ملم 24 درجة 36 40 0.015
قابلية التشغيل البيني للسوائل المبردة
لا يتم مهاجمة PFA كيميائيًا أو تضخمها بواسطة الزينون السائل، ولكن يتم إنتاج توتر إضافي بسبب عدم تطابق الانكماش الحراري بين PFA والقلب المعدني (التيتانيوم أو الإنكونيل). انكماش قلب المعدن: 13 جزء في المليون/درجة × 120 درجة=0.16%. 60 جزء في المليون/ درجة × 120 درجة=0.72% هو انكماش PFA. يتم إنتاج إجهاد القص بين الوجه بفارق 0.56٪. بالنسبة للجدران 1.5 مم، تبلغ قوة القص السطحي 8 ميجا باسكال؛ للجدران مقاس 3.0 مم، 12 ميجا باسكال-تتجاوز قوة السطح البيني المبردة لـ PFA (10 ميجا باسكال) للجدران السميكة.

تصنيع PFA منخفض-البلورية
يتطلب تحقيق تبلور منخفض (30-40%) تبريدًا سريعًا (تبريدًا) من الذوبان. 45- يتم تحقيق تبلور بنسبة 50% باستخدام PFA المبرد بمعدل 10 درجات في الدقيقة. يُسقى في الماء عند 100 درجة / ثانية ويحقق تبلورًا بنسبة 35-40% . 30 - يتم الوصول إلى التبلور بنسبة 35% عند التسقية في النيتروجين السائل، ولكن قد ينتج عن ذلك إجهاد داخلي. استخدم PFA المروي مع تبلور DSC أقل من 40% لكاشفات LXe.

المبادئ التوجيهية لمواصفات كاشف المادة المظلمة
حدد -تبلورًا منخفضًا PFA ( أقل من أو يساوي 40% تبلور، معامل الانحناء<2000 MPa at -100°C) with a maximum wall thickness of 1.5 mm for liquid xenon at -100°C with thermal cycling to 20°C. ASTM D790 flexural modulus at -100°C and Izod impact strength >80 ي/م يجب أن تكون معتمدة من قبل المورد. بالنسبة للكاشفات التي تتطلب 1000+ دورات درجة حرارة طوال العمر، حدد المطاط الصناعي -PFA المعدل (30% تبلور) بجدران 1.5 مم. يتم تبرير علاوة -البلورية المنخفضة PFA (25-40% فوق المعيار) من خلال منع الكسر الهش في كاشفات المادة المظلمة التي تبلغ قيمتها عدة ملايين من الدولارات حيث يمكن أن يؤدي فشل السخان إلى تلويث 1000+ كجم من الزينون السائل. قد يكون PFA القياسي بجدران 2.0 مم مناسبًا لاختبار تجميد الخلايا مع أقل من 50 دورة حرارة. قم بتوفير عدد دورات الحرارة اللازمة ومواصفات قوة التأثير -100 درجة عند طلب عروض الأسعار.