Защо PFA нагревател с гладка външна повърхност може да устои на напукване в амонячни пари с висока-чистота по-добре от текстуриран?

PFA е умерено до много враждебен спрямо чистотата на амонячните пари (NH3) при 50–100 градуса, предизвиквайки напукване от въздействието на околната среда (ESC) на полимера при напрежение на опън. Гладката външна повърхност (Ra < 0,2 µm) е 3-5 пъти по-устойчива на напукване от текстурираната повърхност (Ra > 0,8 µm) при същия стрес и излагане на амоняк. Процесът е концентрация на напрежението: текстурираните повърхности имат микроскопични върхове и вдлъбнатини, които повишават напрежението. При приложени натоварвания (топлинно разширение, налягане, остатъчно напрежение) дъната на долините ще бъдат концентратори на напрежение със стойности на Kt от 2-5x. В тези места с високо напрежение, амонячните пари преференциално адсорбират, намалявайки повърхностната енергия на системата, необходима за образуване на пукнатини. Гладката повърхност няма концентратори на напрежение; приложеното напрежение е равномерно и под критичното напрежение за ESC. За обслужване с амонячни пари осигурете гладка PFA повърхност, полирана или екструдирана.

Крекинг, предизвикан от стрес в околната среда
Амонякът не реагира химически с PFA (няма разкъсване на веригата или окисление при температури под 120 градуса). Това всъщност е агент за напукване на напрежението. Молекулите на амоняка са малки (0,26 nm кинетичен диаметър) и много полярни. Те се разпръскват в аморфни области на PFA и прекъсват взаимодействията на Ван дер Ваалс между веригите. Пластифицираният с амоняк- участък се поддава локално при напрежение на опън (само малко 2-3 MPa) и образува лудост. Манията се превръща в изцепка. Концентрациите на напрежение при повърхностни характеристики понижават критичното напрежение за ESC в амоняка от 3–5 MPa за гладка PFA до само 1–2 MPa за текстурирана PFA. Нагревател с остатъчно напрежение от 4 MPa (от екструзионно охлаждане) може да оцелее в амоняк, ако е гладък, но да се разбие след седмици, ако е текстуриран.

Грапавостта на повърхността образува прорези. За V-образен жлеб с дълбочина d и радиус на корена r, коефициентът на концентрация на напрежение Kt ≈ 1+2√ dr. За типична текстурирана повърхност (Ra=0.8 µm, r ≈ 0,5 µm, d ≈ 2 µm) получаваме Kt ≈ 1 + 2√(2/0,5)=1 + 2√4=1 + 4=5. Номиналното напрежение от 4 MPa се увеличава до 20 MPa в основата на жлеба-много повече Граница на провлачване на PFA. Пукнатините започват след няколко часа.

Устойчивост на напукване спрямо грапавост на повърхността NH3 пари (80 градуса, 1 бар)
Състояние на повърхността Ra (µm) Kt (макс.) 4 MPa Напрежение 1-ва пукнатина (часове) Критично напрежение ESC (MPa) Тип повреда
Polished (mirror finish) 0.05–0.1 1.1–1.2 >10 000 (без пукнатини) 5–6 Няма (в границите на теста)
Екструдиран (гладък) 0,2 до 0.3 1.3 до 1.5 5,000 до 8, 000 4 до 5 Crazing, фин
Като екструдиран (нормален) 0.4-0.6 1.8-2.2 1,500-3,000 3-4 множество фини пукнатини
Пясъкоструен (фино) 0,8–1.2 3–5 200–500 1.5–2,5 Единична доминираща пукнатина
Пясъкоструен (грубо) 1,5–2.5 5–8 50–150 1.0–1,5 Бързо напукване
Машинно обработени (следи от инструменти) 0,5–1,5 (насочени) 4–10 20–100 0.5–1,0 Пукнатини по маркировките на инструменти
Химически гравиран 0,6–1.0 2–4 300–800 2–3 Умерено напукване
Гладки повърхности: защо са важни за услугата с амоняк
Освен концентрацията на напрежение, плоските повърхности имат по-малко места на адсорбция на амоняк. Молекулите на амоняка се кондензират предимно в малки фисури (капилярна кондензация). Кондензираният амоняк е с по-голяма концентрация и по-голяма продължителност на контакта, което ускорява пластификацията. Гладката повърхност без пукнатини намалява абсорбцията на амоняк и следователно полимерната повърхност остава сравнително суха.

Гладките повърхности също позволяват да се забележат всички пукнатини, които се образуват по-рано. На грапава повърхност малки пукнатини са заровени в грапавостта; когато са очевидни, те са дълбоки. Пукнатина, малка от 0,1 mm, може да се види при добра светлина върху гладка повърхност, така че да може да бъде заменена преди повреда.

Подготовка на повърхността за обслужване с амоняк
За PFA нагреватели за обслужване на амонячни пари посочете:

Повърхностно покритие: Ra 0,3 µm, определено от профилометър в съответствие с ISO 4287.

Без шлайфане или перли след екструдирането.

Проверка: Поискайте доказателство за грапавост на повърхността за всяка производствена партида.

Полирането премахва 0,05-0,1 mm PFA, като по този начин намалява дебелината на стената. Полирането може да направи обвивката твърде тънка за 1,5 mm стена. По-добре да дефинирате гладко на първо място.

Пример за поле