Chemijos gamykla po penkių mėnesių naudojimo ištraukė PTFE panardinamąjį šildytuvą iš 30% azoto rūgšties vonios 85 laipsnių temperatūroje. Šildytuvo paviršiuje visoje šildomoje sekcijoje buvo matyti smulkių, susikertančių plyšių-įtrūkimų- raštas. PTFE jautėsi kietas ir trapus, o ne minkštas ir lankstus, kaip turėtų. Izoliacijos varža sumažėjo nuo 500 MΩ iki 30 MΩ. Azoto rūgštis oksidavo polimerą, sutrupino paviršių ir sukėlė įtrūkimus.
Karšta azoto rūgštis yra viena iš agresyviausių PTFE oksiduojančių rūgščių. Esant vidutinei temperatūrai, oksidacijos greitis yra lėtas, o PTFE išlieka lankstus. Esant aukštesnei temperatūrai-virš 80 laipsnių -oksidacijos greitis pagreitėja, o polimero paviršius pradeda irti. Polimerinės grandinės nutrūksta, paviršius tampa kietas ir trapus.
Kaip azoto rūgštis trapi PTFE
Azoto rūgštis oksiduoja PTFE grandinės galuose ir esant polimero struktūriniams defektams. Oksidacijos metu susidaro karbonilo fluoridas ir kitos oksiduotos rūšys, kurios suardo polimero grandinę. Grandinės pjovimas sumažina polimero molekulinę masę ir jo mechaninį stiprumą.
Oksiduoto paviršiaus sluoksnio savybės skiriasi nuo birių polimerų. Jis yra kietesnis, trapesnis ir mažiau lankstus. Kai šildytuvas veikia termiškai, trapus paviršius negali prisitaikyti prie įtempimo. Jis plyšta.
| Azoto rūgšties koncentracija | Temperatūra | Oksidacijos greitis | Paviršiaus sukietėjimo laikas | Laikas įtrūkti |
|---|---|---|---|---|
| 10% | 60 laipsnių | Labai žemas | >36 mėn | >48 mėn |
| 20% | 70 laipsnių | Žemas | 18-30 mėnesių | 24-36 mėn |
| 30% | 80 laipsnių | Vidutinis | 8-14 mėnesių | 12-20 mėnesių |
| 40% | 85 laipsnių | Aukštas | 4-8 mėnesiai | 6-12 mėnesių |
| 50% | 90 laipsnių | Labai aukštas | 2-4 mėnesius | 3-8 mėn |
Azoto rūgšties koncentracijos ir temperatūros poveikis PTFE trapumui
Kodėl įtrūkimai sudaro pašėlusį modelį
Įtrūkimų raštas-smulkūs, susikertantys įtrūkimai-yra būdingi trapiam paviršiaus sluoksniui ant lankstaus pagrindo. Kai šildytuvas įkaista, metalinis apvalkalas plečiasi, o trapus paviršiaus sluoksnis turi ištempti, kad prisitaikytų prie plėtimosi. Jei paviršinis sluoksnis negali išsitempti, jis įtrūksta. Įtrūkimai susidaro atsitiktinai, nes paviršinis sluoksnis yra vienodas ir įtempis pasiskirsto.
Įtrūkimų modelis skiriasi nuo įtrūkimų, atsiradusių dėl terminio nuovargio ar mechaninių pažeidimų. Šiluminio nuovargio įtrūkimai dažniausiai koncentruojasi įtempių taškuose. Mechaninių pažeidimų įtrūkimai yra lokalizuoti. Įtrūkimai pasiskirsto visame paveiktame paviršiuje.
Kodėl karštosios azoto rūgšties paslauga yra ypač reikli
Azoto rūgštis yra oksiduojanti rūgštis. Oksidacijos potencialas didėja didėjant koncentracijai ir temperatūrai. Esant 85 laipsnių ir 30% koncentracijai, oksidacijos greitis yra pakankamai didelis, kad per kelis mėnesius sutrupėtų PTFE paviršius.
Azoto rūgštis taip pat prasiskverbia į PTFE. Prasiskverbimo greitis didėja didėjant temperatūrai. Vidinę izoliaciją pasiekianti rūgštis sumažina izoliacijos varžą. Dėl paviršiaus trapumo ir vidinio prasiskverbimo šildytuvas sugenda greičiau nei bet kuris kitas mechanizmas atskirai.
Paviršiaus trapumo prevencija karštoje azoto rūgštyje
Veiksmingiausia prevencija – sumažinti paviršiaus temperatūrą. Mažesnis vatų tankis-0,8–1,0 W/cm² išlaiko paviršiaus temperatūrą toje srityje, kurioje oksidacijos greitis yra mažas. 0,9 W/cm² šildytuvas gali veikti 10–15 laipsnių vėsiau nei 1,4 W/cm², todėl paviršius sukietėja dvigubai.
Storesnė PTFE danga suteikia daugiau medžiagos oksidacijai sugerti. Oksiduotas paviršinis sluoksnis yra aukojamas. Storesnė danga turi daugiau polimero po oksiduotu sluoksniu, todėl šildytuvas ilgiau išlaiko barjerines savybes.
Trumpesnis techninės priežiūros intervalas patikrinimui ir pakeitimui yra praktiškas požiūris. Naudojant karštą azoto rūgštį, šildytuvą reikia tikrinti kas 2–3 mėnesius. Jei aptinkamas paviršiaus sukietėjimas, šildytuvą reikia pakeisti prieš įtrūkimams prasiskverbiant į dangą.
| Prevencinė priemonė | Poveikis trapumui | Įgyvendinimas |
|---|---|---|
| Mažesnis vatų tankis, 0,8–1,0 W/cm² | Lėtesnė oksidacija | Šildytuvo dizainas |
| Storesnė danga, 2,5–3,0 mm | Daugiau aukų medžiagos | Dengimo procesas |
| Trumpesnis patikrinimo intervalas | Ankstyvas aptikimas | Priežiūros grafikas |
| Sumažinta temperatūra | Mažesnis oksidacijos greitis | Proceso valdymas |
Paviršiaus trapumo karštoje azoto rūgštyje prevencijos priemonės
Kai paviršiaus trapumas rodo projektavimo problemą
Šildytuvas, kuris trapi ir trūkinėja nepaisant mažo vatų tankio ir storos dangos, rodo, kad šildytuvo medžiaga arba konstrukcija netinka karštos azoto rūgšties naudojimui. Pasirinktinė PTFE panardinamojo šildytuvo konfigūracija su labai mažu vatų tankiu, stora danga ir temperatūrai atspariu polimeru pašalina pagrindinę trapumo priežastį. Specifikacijos procesas reikalauja azoto rūgšties koncentracijos, darbinės temperatūros ir reikiamos galios. Įrenginiams su karštomis azoto rūgšties voniomis šis pritaikymas{4}}sumažina paviršiaus trapumą ir pailgina šildytuvo tarnavimo laiką.
