Пукнатини без химическа атака. Разбиране на пукнатините от напрежение в околната среда в PTFE нагреватели

След 18 месеца употреба PTFE потопяем нагревател в разтвор на детергент с неутрално pH с не-йонни повърхностно активни вещества образува мрежи от фини повърхностни фрактури. Пукнатините бяха предимно по външните ръбове на U-гъвовете и на местата за монтаж на фланеца, където обвивката докосваше опорните скоби. Диаграмите за химическа съвместимост показват, че разтворът е напълно инертен към PTFE, работните температури остават под 110 градуса и няма симптоми на окислително разграждане или насипна атака. Нямаше значително механично натоварване по време на работа. Но целостта на обвивката се разруши точно там, където имаше много остатъчно напрежение на опън. Този модел се случва често при инженерите по материали и надеждност и те трябва да се научат как да спрат напукването под въздействието на околната среда в PTFE нагревателните системи.

Напукване от напрежение в околната среда (ESC) се случва, когато малки количества напрежение на опън взаимодействат с определени химични условия, за да започнат и разпространят счупвания. Нито един фактор сам по себе си не причинява щети. PTFE, подобно на всички полукристални полимери, е много устойчив на чисто механично претоварване и химическа атака, когато всеки действа самостоятелно. Но когато някои течности се смесят заедно, те могат да действат като-агенти за напукване под напрежение. Тези агенти не разграждат или разтварят насипната полимерна матрица по никакъв начин. Вместо това, те правят аморфните зони в върховете на пукнатините по-гъвкави, което намалява междумолекулното налягане и енергията, необходима за приплъзване на веригата и сливане на микро-кухини. Така че разпространението на пукнатини се случва, когато напреженията са много по-ниски от краткосрочната-граница на провлачване на опън на материала, което обикновено се причинява само от производство или монтаж.


Повърхностно активните вещества, особено етоксилираните не{0}}йонни и анионни форми, намиращи се в почистващи разтвори и добавки за процеси, са обичайни агенти за-крекинг под напрежение за флуорополимери. При високи температури някои органични разтворители, като алкохоли, кетони или ароматни въглеводороди, действат по същия начин. Някои технологични добавки, като амини и флуорирани омокрящи агенти, могат потенциално да причинят ESC. Тестовете в лабораторията разкриват, че взаимодействието е реално: проби от PTFE, които са били във вода в продължение на години, не показват промяна, но проби, които са били във вода с контролирано натоварване на опън, показват пукнатини в рамките на седмици. Феноменът зависи изключително от едновременното излагане на стрес и лекарството.

Морфологията на пукнатините осигурява различни диагностични индикатори. ESC генерира малки, често разклонени пукнатини, които следват посоките на най-голямото напрежение на опън. При нагревателните обвивки от PTFE тези пукнатини започват от външната страна на произведените завои, където процесите на студено{2}}формоване блокират най-много остатъчно напрежение. Други места, където може да възникне локализирано напрежение, са захванатите фланци и опорните контактни зони, където инсталационният въртящ момент или топлинното разширение могат да го причинят. Когато се гледат с помощта на оптичен или сканиращ електронен микроскоп, повърхностите на фрактурата изглеждат доста гладки с фибриларно издърпване-навън. Те нямат вдлъбнатини, избелване или загуба на материал, които се случват по време на окислителна атака. Изтъняването на стените няма голямо значение, освен ако много пукнатини не се свързват и пропускат вода.

За да спрете напукването под въздействието на околната среда, трябва да оптимизирате механичния дизайн и да извършите химическа проверка. Първата стъпка за намаляване на остатъчното напрежение е да се уверите, че нагревателят има правилната форма. Например, определянето на по-големи радиуси на огъване-най-малко три пъти диаметъра на обвивката-значително понижава пиковите напрежения на опън в сравнение с минималните 1,5× радиуси, които обикновено се използват за работа с ниско-напрежение. Отгряването за-облекчаване на напрежението след формоване и преди транспортиране премахва производствените напрежения, които са останали на място. Процедурите за инсталиране трябва да минимизират-затягането или острите контактни ръбове; непрекъснатите опорни скоби и разширителните контури спомагат за още повече разпределяне на напрежението. В действителност ESC пукнатините обикновено се появяват в нагреватели, които са били огънати твърде плътно преди монтажа. Това прави остатъчното напрежение високо, което след това може да използва мека химическа среда.

За течности стандартите за надеждност гласят, че трябва да откриете вероятни агенти,-крекинг под напрежение, като оцените проби под напрежение, вместо да използвате типични таблици за съвместимост. Тъй като ESC изисква едновременно механично натоварване, общите диаграми обикновено не говорят за риска. Необходимите данни идват от целеви тестове за потапяне, извършени при точната температура, концентрация и радиуси на огъване. Когато бъдат открити агенти, популярен начин да ги спрете е да използвате нагреватели с по-големи радиуси на огъване и да се уверите, че са адекватно поддържани, за да се намалят концентрациите на механично напрежение по цялата дължина на елемента.

Напукването от стреса на околната среда е истински режим на повреда в PTFE нагревателите, но може да бъде избегнато. Това налага едновременно изследване на механични и химични фактори, вместо отделна оценка на всеки. След като бъдат изпълнени общите ограничения за съвместимост и температура, остатъчното напрежение, разпространението на пукнатини, агентите за напукване под напрежение и радиусът на огъване стават най-важните фактори за проектиране. За процеси, които може да включват агенти за-напукване на напрежението, говоренето с производителя на нагревателя за специализирани класове материали, като модифицирани PTFE съполимери, направени да бъдат по-устойчиви, или персонализирани характеристики на дизайна, като вградени-в-облекчаващи напрежението маншети, може да добави допълнителни резерви на безопасност. Като внимателно се занимават и с двата фактора, които допринасят за напукването от напрежение в околната среда, инженерите по материали и надеждност превръщат един преди объркващ механизъм за повреда в напълно контролирана част от спецификацията и експлоатационния живот на PTFE нагревателя.