Защо PFA нагревател с по-дебела стена може да показва по-високо проникване на ацетонови пари, отколкото по-тънка стена при 60 градуса?

Изненадващото наблюдение-по-дебела PFA стена (2,5 mm) позволява повече проникване на ацетонови пари в сравнение с по-тънка стена (1,5 mm) при 60 градуса -се получава, когато по-голямата стена е била екструдирана с по-бързо охлаждане (закаляване с вода), причинявайки по-високо остатъчно напрежение и повече аморфен свободен обем. Ацетонът е набъбващ разтворител за PFA (параметър на разтворимост $\\delta \\приблизително 19,7$ MPa$^{1/2}$ близо до PFA аморфна фаза). Пластифицира полимера и увеличава подвижността на веригата. В дебела стена с високо остатъчно напрежение, аморфната област е удължена и по-отворена, като по този начин предлага по-малко съпротивление на дифузия. По-тънката стена може да има по-ниско остатъчно напрежение и повече кристалност (ако се охлажда бавно, отгрява се) и всъщност намалява проникването. В това отношение дебелината на стената сама по себе си не е критерий за степента на проникване, историята на обработката и кристалността са еднакво важни. Бавно охладената стена от 2,5 mm (кристалност 55-60%) може да има половината от пропускливостта на закалената стена от 1,5 mm (кристалност 40-45%) за ацетонови пари.

Остатъчна деформация и кристалност: тяхното влияние
Проникването се управлява от P=D × S, където D е коефициентът на дифузия, а S е разтворимостта. Ацетонът набъбва PFA, увеличава D и S. Остатъчното напрежение на опън (от бързото охлаждане) отваря аморфните зони, като допълнително увеличава D. По-високата кристалност намалява аморфния обем, следователно намалява както D, така и S. Закалената дебела стена има високо остатъчно напрежение (5-10 MPa) и ниска кристалност (40-45%). Отгрята тънка стена има ниско остатъчно напрежение (1-2 MPa) и висока кристалност (55-60%). Последните могат да бъдат по-тънки и да имат 2-5 пъти по-ниска пропускливост.

Сравнение на проникването – ацетонови пари 60 градуса, 1 бар
Дебелина на стената, mm Метод на охлаждане Кристалност, % Степен на проникване (g/m²·ден) Остатъчен стрес (MPa) (g·mm/m²·ден), нормализиран за дебелина
1.5 Охлаждане с вода 42 6–8 25–35 38–53 1.5 Бавно охлаждане с въздух 48 3–4 15–22 23–33 1.5 Закалено (200 градуса) 58 1–2 8–12 12–18 2.0 Охлаждане с вода 40 7–9 30–40 60–80 2.0 Отгрят 56 1–2 10–15 20–30
Охлаждане с вода 2.5 38 8-10 40-55 100-138 Въздушно охлаждане 2.5 45 5-6 25-35 63-88 Отгрято 2.5 60 1-2 12-18 30-45
2,5 mm закалена стена (40-55 g/m²·ден) е 5 пъти по-голяма пропускливост от 1,5 mm закалена стена (8-12 g/m²·ден) - по-дебела, но по-пропусклива. Нормализираната скорост (проникване × дебелина) е реалната пропускливост на материала: закален PFA 100–138 g·mm/m²·ден, закален PFA 12–45 g·mm/m²·ден. Отгряването намалява пропускливостта с 3-5 пъти.

Защо ацетонът е различен от не{0}}набъбващите пермеанти
За не{0}}набъбващи газове (N₂, O₂, CO₂) пропускливостта е пропорционална на 1/дебелина. Колкото по-дебел, толкова по-малко пропускливост. За набъбващи разтворители (ацетон, MEK, етилацетат, толуен), проникването протича с пластифициране на полимера. Коефициентът на дифузия не е константа. В дебела, силно напрегната стена ацетонът предизвиква повече оток, което кара D да се увеличава повече. Това е автоматичен-катализатор. В загрята стена с ниско -напрежение аморфната фаза се задържа в кристалните зони и PFA издържа на набъбване.

Практически изводи за избора на нагревател
За обслужване на ацетонови пари (или друг набъбващ разтворител):

Не приемайте, че по-дебелото е по-добро - винаги изисквайте статистически данни за проникването за конкретния разтворител при работната температура.

Използвайте закален PFA (200 градуса загряване след-екструдиране, 4-8 часа). Това намалява пропускливостта с фактор 2-5, независимо от дебелината.

Измерете остатъчното напрежение с кривината на прорезен пръстен. Приемайте само нагреватели с R_крива > 300 mm (σ_res < 2 MPa).

По-ниска температура: пропускливостта на ацетона намалява наполовина за всеки 10 градуса понижение.

Примерно поле
Ацетоновите пари се нагряват до 60 градуса във фармацевтичен реактор с помощта на 2,5 mm PFA нагревател (водо-закален, като-екструдиран). Проникването беше 45 g/m²·ден и металното ядро ​​беше бързо корозирало (ацетон/H2O/пероксид). Нагревателите издържаха 6 месеца. Инсталацията беше променена на 1,5 mm закален PFA нагревател (200 градуса /4 часа бавно-охладен закален). Проникването беше намалено до 10 g/m²·ден. Живот на нагревателя 3+ години. По-тънкият, добре обработен нагревател беше по-добър от по-дебелия, зле обработен.

Проверка на повреда при подуване
За нагревател в сервиз за ацетон потърсете:

Пластифициране (лепкавост на повърхността)

Подуване (1-2% увеличение на диаметъра)

Crazing, 10× маг
Ако има нагревател, дебелината на стената не влияе върху разграждането му.

Заключение: Дебелината е доминирана от обработката за набъбващи разтворители
За ацетонови пари при 60 градуса PFA нагревател с по-дебели стени (2,5 mm) може да покаже по-голяма пропускливост от нагревател с по-тънки стени (1,5 mm), ако по-дебелата стена е произведена с бързо охлаждане (закалено с вода, високо остатъчно напрежение, слаба кристалност). Остатъчното напрежение на опън увеличава набъбването и пластифициращото въздействие на ацетона върху PFA. Бавното охлаждане и отгряване намалява пропускливостта с 3-5 пъти, така че добре обработена стена от 1,5 мм е по-добра от недобре обработена стена от 2,5 мм. За набъбващи разтворители използвайте PFA с ниско остатъчно напрежение и посочете отгряване. Дебелината не е основното. Процесът е от първостепенно значение. Загрявайте PFA, измервайте напрежението и вярвайте на данните, а не на дебелината. Дебелата напрегната стена е гъба. Преградата е тънка закалена стена Изберете преградата.