Prieštaringas stebėjimas-storesnė PFA sienelė (2,5 mm), leidžianti geriau prasiskverbti acetono garams nei plonesnė sienelė (1,5 mm) esant 60 laipsnių -atsiranda, kai storesnė sienelė buvo išspaudžiama greičiau aušinant (gesinant vandeniu), sukuriant didesnį liekamąjį įtempį ir daugiau amorfinio laisvo tūrio. Acetonas yra Brinkantis PFA tirpiklis (tirpumo parametras δ ≈ 19,7 MPa¹/², artimas PFA amorfinei fazei). Jis plastifikuoja polimerą, padidindamas grandinės mobilumą. Didelio-liekamojo-įtempimo storoje sienoje amorfinės sritys yra ištemptos ir atviresnės, todėl atsparumas difuzijai yra mažesnis. Plonesnė sienelė, jei ji lėtai{12}}aušinama (atkaitinama), gali turėti mažesnį liekamąjį įtempį ir didesnį kristališkumą, o tai iš tikrųjų sumažina pralaidumą. Taigi vien sienelės storis nenulemia prasiskverbimo greičio; apdorojimo istorija ir kristališkumas yra vienodai svarbūs. Acetono garų atveju lėta -aušinama 2,5 mm sienelė (kristališkumas 55–60 %) gali būti perpus mažesnė už gesintos 1,5 mm sienelės (kristališkumas 40–45 %).
Liekamojo streso ir kristališkumo vaidmuo
Pralaidumas seka P=D × S, kur D yra difuziškumas, o S yra tirpumas. Acetonas išbrinksta PFA, padidindamas D ir S. Likutinis tempiamasis įtempis (dėl greito aušinimo) atveria amorfines sritis, toliau didina D. Didesnis kristališkumas sumažina amorfinį tūrį, mažėja ir D, ir S. Storoji sienelė, kuri gesinama, turi ir didelį liekamąjį įtempį (5–10 MPa), ir mažą kristališkumą (40–45%). Atkaitinta plona sienelė turi mažą liekamąjį įtempį (1–2 MPa) ir didelį kristališkumą (55–60 %). Pastarasis gali turėti 2–5 kartus mažesnį pralaidumą, nepaisant to, kad yra plonesnis.
Pralaidumo palyginimas: Acetono garai 60 laipsnių temperatūroje, 1 baras
| Sienelės storis (mm) | Aušinimo būdas | Kristališkumas (%) | Liekamoji įtampa (MPa) | Prasiskverbimo greitis (g/m²·parą) | Normalizuota pagal storį (g·mm/m²·dieną) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | Vandens gesinimas | 42 | 6–8 | 25–35 | 38–53 |
| 1.5 | Oro vėsinimas (lėtas) | 48 | 3–4 | 15–22 | 23–33 |
| 1.5 | Atkaitintas (200 laipsnių) | 58 | 1–2 | 8–12 | 12–18 |
| 2.0 | Vandens gesinimas | 40 | 7–9 | 30–40 | 60–80 |
| 2.0 | Atkaitintas | 56 | 1–2 | 10–15 | 20–30 |
| 2.5 | Vandens gesinimas | 38 | 8–10 | 40–55 | 100–138 |
| 2.5 | Oro vėsinimas | 45 | 5–6 | 25–35 | 63–88 |
| 2.5 | Atkaitintas | 60 | 1–2 | 12–18 | 30–45 |
2,5 mm grūdintos sienos (40–55 g/m²·parą) pralaidumas yra 5 kartus didesnis nei 1,5 mm atkaitintos sienos (8–12 g/m²·parą) – storesnis, bet pralaidesnis. Normalizuotas greitis (pralaidumas × storis) parodo tikrąjį medžiagos pralaidumą: gesintas PFA turi 100–138 g·mm/m²·parą; atkaitintas PFA turi 12–45 g·mm/m²·parą. Atkaitinimas sumažina pralaidumą 3–5 kartus.
Kodėl acetonas skiriasi nuo ne{0}}brinkinančių medžiagų
Ne{0}}brinkstančių dujų (N₂, O₂, CO₂) pralaidumas yra proporcingas 1/storiui. Storesnis visada reiškia mažesnį pralaidumą. Brinkimo tirpikliams (acetonui, MEK, etilacetatui, toluenui) polimeras plastifikuojasi prasiskverbdamas. Laikui bėgant difuzijos koeficientas didėja. Storoje, didelio{6}}įtempimo sienelėje acetonas sukelia didesnį patinimą, dar labiau padidindamas D. Poveikis yra auto-katalizinis. Atkaitintoje, mažo įtempimo
Praktinės šildytuvo pasirinkimo pasekmės
Acetono garų (arba bet kokio brinkimo tirpiklio) naudojimui:
Nemanykite, kad storesnis visada yra geresnis– visada teiraukitės duomenų apie konkretaus tirpiklio pralaidumą darbinėje temperatūroje.
Nurodykite atkaitintą PFA(atkaitinimas po-ekstruzijos 200 laipsnių temperatūroje 4–8 val.). Tai sumažina pralaidumą 2–5 kartus, nepaisant storio.
Išmatuokite liekamąjį įtampąper plyšio žiedo kreivumą; priimti tik šildytuvus, kurių R_kreivė > 300 mm (σ_res < 2 MPa).
Apsvarstykite žemesnę temperatūrą: Acetono prasiskverbimas sumažėja 50 % kas 10 laipsnių sumažinus.
Lauko pavyzdys
Farmacinis reaktorius kaitino acetono garus iki 60 laipsnių, naudojant 2,5 mm PFA šildytuvą (užgesintas vandeniu, -išspaudžiamas). Prasiskverbimas buvo 45 g/m²·parą, sukeldamas greitą metalo šerdies koroziją (acetonas/H2O/peroksidas). Šildytuvai tarnavo 6 mėnesius. Įrenginys perjungtas į 1,5 mm atkaitintą PFA šildytuvą (lėtas{10}}aušinamas, atkaitintas 200 laipsnių per 4 val.). Pralaidumas sumažėjo iki 10 g/m²·parą. Šildytuvo tarnavimo laikas pailgintas iki 3+ m. Plonesnis, tinkamai apdorotas šildytuvas pranoko storesnį, prastai apdorotą.
Patikrinimas dėl patinimo pažeidimo
Jei norite naudoti šildytuvą acetonu, patikrinkite, ar:
Paviršiaus lipnumas (plastifikacija)
patinimas (skersmens padidėjimas 1-2%)
Pašėlęs po 10 kartų padidinimu
Jei yra, šildytuvas genda nepriklausomai nuo sienelės storio.
Išvada: Brinkstančių tirpiklių storis dominuoja apdorojimas
Acetono garams 60 laipsnių temperatūroje PFA šildytuvas su storesne sienele (2,5 mm) gali parodyti didesnį pralaidumą nei plonesnė sienelė (1,5 mm), jei storesnė sienelė buvo apdorota greitai aušinant (gesinimas vandeniu, didelis liekamasis įtempis, mažas kristališkumas). Acetonas išpučia ir plastifikuoja PFA, o poveikį sustiprina liekamasis tempimo įtempis. Lėtas aušinimas ir atkaitinimas sumažina pralaidumą 3–5 kartus, todėl tinkamai apdorota 1,5 mm siena pranoksta prastai apdorotą 2,5 mm sieną. Renkantis PFA brinkimo tirpikliams, nurodykite atkaitinimą ir mažą liekamąjį įtempį. Storis yra antraeilis dalykas. Procesas yra pirminis. Atkaitinkite PFA, išmatuokite įtempį ir pasitikėkite duomenimis, o ne storiu. Stora, įtempta sienelė yra kempinė. Plona, atkaitinta siena yra kliūtis. Pasirinkite barjerą.
