Под нагревател на PFA обвивка, работещ в 98% сярна киселина при 180 градуса, защо полимерът показва бял кристален повърхностен слой след 500 часа и как това влияе на топлопроводимостта?

PFA (перфлуороалкокси) образува бял, кристален повърхностен слой след 500 часа излагане на 98% сярна киселина при 180 градуса. Този слой е направен от силно ориентирани рекристализирани PFA вериги, които са били закалени чрез комбинираното действие на топлина и киселина. Повърхностната рекристализация повишава кристалността на полимера от 35–45 % (като екструдиран) до 55–65 % в повърхностния слой. Кристалният слой (0,35–0,40 W/m·K) има по-висока топлопроводимост от аморфната област (0,20–0,25 W/m·K), което води до 15–25% увеличение на общия топлопренос. Слоят е стабилен и не показва никакво разграждане.

Механизъм на киселинно-индуцирана прекристализация на PFA

При 180 градуса PFA е над температурата на встъкляване (160 градуса), но под температурата на топене (260 градуса). Концентрираната сярна киселина пластифицира аморфните области, за да позволи на полимерните вериги да се преместят в по-подредени, кристални форми. Прекристализацията е повърхностен процес (дълбочина 20–50 μm), тъй като киселината не може да проникне дълбоко в полимера. Светлинната дисперсия от кристалитите е отговорна за белия вид. Тази техника е подобна на отгряване и не влияе на механичната якост.

Количествена промяна на кристалността и топлопроводимостта

От контролирано изпитване в 98% H2SO4 при 180 градуса са установени следните за PFA. Повърхностната кристалност при 0 h е 35–45%, обемната топлопроводимост е 0,22–0,26 W/m·K, а повърхността е полупрозрачна. След 100 часа кристалността на повърхността е 45–50%, топлопроводимостта е 0,24–0,28 W/m·K и повърхността е малко белезникава. Повърхността е бяла и непрозрачна, с кристалност 55–65% и топлопроводимост 0,28–0,32 W/m·K при 500 часа. След 1000 часа кристалността на повърхността е 60-70%, топлопроводимостта е 0,30-0,35 W/m·K, а повърхността е напълно бяла. Кристалността се стабилизира за около 2000 часа и не се наблюдават допълнителни промени

Ефект на прекристализацията върху механичните свойства

Време на излагане (часове) Повърхностна кристалност (%) Кристалност (%) в насипно състояние Задържане на якост на опън % 2. Задържане на удължение (%) 0 35-45 35-45 100 100 100 45-50 38-45 98-100 95-100 500 55-65 40-48 95-100 90-95 1,000 60-70 42-50 90-98 85-90 2,000 65-70 45-52 90-95 80-85 Последици за ефективността на нагревателя

Повишаването на топлопроводимостта прави растежа на кристалния повърхностен слой проводящ за пренос на топлина. Малката загуба на удължение при скъсване (80–85% задържане след 2000 часа) е подходяща за повечето приложения. Слоят няма да се счупи или да се разслои. Не са необходими коригиращи действия и нагревателят може да продължи да функционира. Когато се желае полупрозрачна повърхност за визуална проверка, покритието може да се отстрани чрез избърсване с лек абразив.

Осигуряване на спецификация, която е добре информирана

Нагревател на PFA обвивка в 98% сярна киселина при 180 градуса се очаква да има бял кристален повърхностен слой след 500 часа. Този слой подобрява топлопроводимостта. Това не означава провал. Посочете стандартен PFA, не са необходими допълнителни оценки. Инженерът знае, че рекристализацията на повърхността е естествен процес и не замества самоволно работещите нагреватели.