Palyginti su daugeliu polimerų, PFA plačiai laikomas UV{0}}atspariu, tačiau jis nėra apsaugotas nuo ultravioletinių spindulių skilimo. Lauko cheminių medžiagų laikymo rezervuarai su PFA panardinamaisiais šildytuvais tūkstančius valandų per metus veikiami saulės spindulių (UV-A ties 315–400 nm ir UV-B ties 280–315 nm). UV spinduliuotė suardo anglies-fluoro ryšius polimero paviršiuje, sukurdama laisvuosius radikalus, dėl kurių nutrūksta grandinė, susijungia{10}}ir paviršius trapumas. Mažiausias lenkimo spindulys{12}}mažiausias spindulys, iki kurio galima sulenkti PFA apvalkalą be įtrūkimų{13}}padidėja (pablogėja) po ilgo UV poveikio. Naujo PFA šildytuvo mažiausias lenkimo spindulys paprastai yra 5–8 kartus didesnis už vamzdžio skersmenį (pvz., 125–200 mm, jei vamzdis yra 25 mm skersmens). Po 2000 valandų UV poveikio lauke (apytiksliai vienerius metus saulėtame klimate) mažiausias lenkimo spindulys padvigubėja iki 10–16 kartų didesnis už skersmenį. Po 5000 valandų paviršius tampa trapus, o lenkiant net iki 20 kartų didesnio skersmens gali atsirasti įtrūkimų. Inžinieriai, montuojantys arba perkeliantys lauko PFA šildytuvus, kuriuose veikia daugiau nei 1000 valandų UV spindulių, turi atitinkamai sumažinti lenkimo spindulį.
UV skaidymo mechanizmas PFA
Skirtingai nuo polietileno ar PVC, kurie greitai skaidosi veikiant UV spinduliams, PFA sudėtyje yra tik anglies{0}}fluoro ir anglies{1}}anglies jungčių. Fluoro atomai apsaugo polimero pagrindą, tačiau didelės-energijos UV-B fotonai (bangos ilgis mažesnis nei 315 nm) turi pakankamai energijos (apie 380 kJ/mol), kad nutrauktų anglies -fluoro ryšius (ryšio energija apytiksliai 485 kJ/moloksidacijos metu). Oro deguonis reaguoja su UV-sužadintomis polimerų grandinėmis, sudarydamas karbonilo grupes (C=O) ir karboksirūgšties galines grupes. Šios grupės sugeria ilgesnio bangos ilgio UV spindulius, pagreitindamos tolesnį skilimą. Degradacija apsiriboja paviršiniu sluoksniu (50–200 µm gylyje), nes PFA stipriai sugeria UV; gilesni sluoksniai lieka nepakitę. Tačiau šio paviršiaus trapumo pakanka, kad pasikeistų mechaninis elgesys lenkimo metu.
Surface embrittlement manifests as a reduction in elongation at break of the surface layer from >300% iki<50% after 3,000–5,000 hours of UV exposure. When the tube is bent, the outer surface (tension side) must elongate. If the surface layer cannot elongate, it cracks. The crack propagates inward through the embrittled layer, potentially reaching the full wall thickness if bending is severe. Tensile testing of UV-exposed PFA tubes shows that the bulk material retains its ductility, but the thin embrittled surface layer acts as a crack initiator. The minimum bending radius increases because the allowable surface strain decreases.
UV poveikio laikas ir minimalus lenkimo spindulys
| Bendra UV ekspozicija (valandomis)* | Paviršiaus degradacijos gylis (µm) | Paviršiaus pailgėjimas lūžio metu (%) | Mažiausias lenkimo spindulys (× vamzdžio skersmuo) | Rekomenduojama montavimo praktika |
|---|---|---|---|---|
| 0 (naujas, neeksponuotas) | 0 | >300 | 5–8× (pvz., 125–200 mm, kai išorinis matmuo 25 mm) | Taikomos standartinės lenkimo nuolaidos |
| 500 valandų (3 mėnesiai, saulėta) | 20–40 | 200–250 | 6–10× | Nėra reikšmingų pokyčių; priimtina standartinė praktika |
| 1000 valandų (6 mėnesiai) | 40–80 | 150–200 | 8–12× | Venkite staigių posūkių; naudokite didesnio spindulio jungtis |
| 2000 valandų (1 metai) | 80–120 | 100–150 | 10–16× | Nelenkite stipriau nei 12×; prieš lenkdami patikrinkite, ar nėra paviršiaus įtrūkimų |
| 3000 valandų (18 mėnesių) | 100–150 | 60–100 | 15–20× | Prieš perkeldami pakeiskite arba apsaugokite UV ekranu |
| 5000 valandų (2–3 metai) | 120–180 | 30–60 | 20–25× | Galimas paviršiaus įtrūkimas; nesulenkti; jei reikia, pakeiskite šildytuvą |
| 8 000 valandų (4–5 metai) | 150–200 | <30 | >25 × (trapus lūžis) | Šildytuvas eksploatavimo lauke pabaigoje; rekomenduojama pakeisti |
*UV exposure hours assume direct sunlight, temperate climate (30–40° latitude), no UV shielding. Exposure time doubles in tropical climates; halves in northern latitudes (>50 laipsnių).
Vizualiniai ir mechaniniai UV pažeidimo indikatoriai
Prieš lenkdami lauko PFA šildytuvą, patikrinkite, ar nėra UV degradacijos požymių. Natūralus permatomas PFA po 1 000–2 000 valandų po 1 000–2 000 valandų įgauna geltonos arba rudos spalvos pasikeitimą saulėje. Baltas, kreidinis paviršiaus sluoksnis (milteliais) rodo sunkų skilimą (3, 000+ val.). „Rašluosčių testas“: nuvalykite paviršių tamsiu skudurėliu; bet koks baltų miltelių pernešimas rodo paviršiaus trapumą. Kiekybiniam įvertinimui naudokite durometrą (Shore D). Naujojo PFA matmenys yra 65–68 Shore D. UV-apsaugotas PFA gali būti 70–75 Shore D dėl kryžminio-jungimo ir paviršiaus sukietėjimo. Paviršiaus kietumas, didesnis nei 72 Shore D, koreliuoja su mažiausiu lenkimo spinduliu, viršijančiu 15 × skersmens.
Jei po UV poveikio šildytuvą reikia sulenkti, lenkimo vietą šilumos pistoletu pašildykite iki 100–120 laipsnių. Padidėjusi temperatūra šiek tiek suminkština trapus paviršiaus sluoksnį, leidžiantį sulenkti be įtrūkimų. Mažiausias lenkimo spindulys 100 laipsnių kampu yra maždaug 60 % kambario -temperatūros vertės UV-veikiamai medžiagai. Tačiau šildymas paspartina tolesnę degradaciją, jei šildytuvas vėl pradeda veikti lauke; ši technika skirta tik vienkartiniam-įdiegimui arba perkėlimui.
Apsaugos ir švelninimo strategijos
Lauko cheminių medžiagų laikymo rezervuaruose, kuriems reikalingi PFA šildytuvai, UV degradacijos galima išvengti. Trys strategijos apsaugo šildytuvą. Pirmiausia įdėkite UV ekraną: perforuotą metalinį gaubtą arba UV-sugeriantį polikarbonatinį vamzdelį aplink atvirą šildytuvo dalį virš skysčio linijos. Skydas blokuoja 95–99% UV spindulių, leisdamas orui cirkuliuoti. Antra, nurodykite juodą-pigmentuotą PFA, o ne natūralų permatomą. Suodžiai (1–3%) sugeria UV ir paverčia jį šiluma, apsaugodami polimero pagrindą. Juoda PFA UV tarnavimo laikas yra 3–5 kartus ilgesnis nei natūralus PFA. Trečia, prieš montuodami lauke ant šildytuvo užtepkite lauke užteptą UV{16}}apsauginę dangą (skaidrią silikoną arba fluorintą uretaną). Danga turi būti suderinama su PFA ir chemine aplinka; pirmiausia išbandykite nedidelį plotą.
Esamiems lauko šildytuvams, kurių UV poveikio istorija nežinoma, saugiausia daryti prielaidą, kad bet kurio šildytuvo, kurio matomas pageltimas, lenkimo spindulys yra dvigubai didesnis už pradinę vertę. Šildytuvai su rudos spalvos pakitimu arba paviršiaus milteliais neturi būti išlenkti; jie turėtų būti pakeisti, jei reikia perkelti. Naujo PFA šildytuvo kaina (500–1 500 USD) yra daug mažesnė nei cheminių medžiagų išsiliejimo iš įtrūkusio apvalkalo kaina, ypač kai laikomasi aplinkosaugos reikalavimų.
Išvada: UV poveikis padvigubina minimalų lenkimo spindulį po 2000 valandų
Ilgalaikis UV poveikis trapūs PFA šildytuvų paviršinis sluoksnis, padidindamas minimalų lenkimo spindulį nuo 5–8 × vamzdžio skersmens (naujas) iki 10–16 × po 2000 valandų (vieneri metai saulės spindulių lauke), o iki 20 × ar daugiau po 5000 valandų. Inžinieriai, montuojantys ar perkeliantys lauko PFA šildytuvus, prieš lenkdami turi patikrinti, ar nepakitusi spalva, paviršius nėra miltelių pavidalo ir nepadidėjęs kietumas. Šildytuvų su matomais UV pažeidimais negalima lenkti šaltai; juos reikia lenkti ar pakeisti šiluma{11}}. Patikimiausias ilgalaikis -lauko cheminių medžiagų saugojimo sprendimas yra nurodyti juodą-pigmentuotą PFA arba sumontuoti UV ekraną, visiškai pašalinant skilimo mechanizmą. Natūralių PFA šildytuvų, skirtų naudoti lauke, eksploatavimo laikas turėtų būti 3–5 metai, kol UV trapumas pažeidžia mechaninį vientisumą. Pasibaigus šiam laikotarpiui, bet koks lenkimas ar mechaninis įtempis gali sukelti katastrofišką apvalkalo įtrūkimą, cheminių medžiagų nuotėkį ir aplinkos užteršimą. Esant kritiniams lauko įrenginiams, planinė pakeitimo programa (kas 3 metus natūraliam PFA, kas 5–7 metus juodam PFA) yra ekonomiškesnė nei gedimu pagrįstas keitimas.
