Kemična tovarna je po petih mesecih delovanja potegnila potopni grelnik PTFE iz kopeli s 30-odstotno dušikovo kislino pri 85 stopinjah. Na površini grelnika je bil viden vzorec drobnih, sekajočih se razpok-razen vzorec-po celotnem ogrevanem delu. PTFE se je zdel trd in krhek, ne mehak in prožen, kot bi moral. Izolacijska upornost je padla s 500 MΩ na 30 MΩ. Dušikova kislina je oksidirala polimer, zaradi česar je površina postala krhka in povzročila razpoke.
Vroča dušikova kislina je ena najbolj agresivnih oksidacijskih kislin za PTFE. Pri zmernih temperaturah je stopnja oksidacije počasna in PTFE ostane prožen. Pri povišanih temperaturah-nad 80 stopinj -se stopnja oksidacije pospeši in površina polimera se začne razgrajevati. Polimerne verige se zlomijo, površina pa postane trda in krhka.
Kako dušikova kislina krhki PTFE
Dušikova kislina oksidira PTFE na koncih verige in pri strukturnih napakah v polimeru. Oksidacija ustvarja karbonil fluorid in druge oksidirane vrste, ki motijo polimerno verigo. Razrez verige zmanjša molekulsko maso polimera in njegovo mehansko trdnost.
Oksidirana površinska plast ima drugačne lastnosti kot polimer v razsutem stanju. Je trša, bolj krhka in manj prožna. Ko grelec termično kroži, krhka površina ne more prenesti obremenitev. Poči.
| Koncentracija dušikove kisline | Temperatura | Stopnja oksidacije | Čas za površinsko utrjevanje | Čas za razbijanje |
|---|---|---|---|---|
| 10% | 60 stopinj | Zelo nizko | >36 mesecev | >48 mesecev |
| 20% | 70 stopinj | Nizka | 18–30 mesecev | 24–36 mesecev |
| 30% | 80 stopinj | Zmerno | 8–14 mesecev | 12–20 mesecev |
| 40% | 85 stopinj | visoko | 4–8 mesecev | 6–12 mesecev |
| 50% | 90 stopinj | Zelo visoko | 2–4 mesece | 3–8 mesecev |
Učinki koncentracije dušikove kisline in temperature na krhkost PTFE
Zakaj razpoke tvorijo nori vzorec
Vzorec razpok-fine, sekajoče se razpoke-je značilen za krhko površinsko plast na prožni podlagi. Ko se grelec segreje, se kovinski plašč razširi, krhka površinska plast pa se mora raztegniti, da sprejme raztezanje. Če se površinska plast ne more raztegniti, poči. Razpoke nastanejo v naključnem vzorcu, ker je površinska plast enakomerna in je napetost porazdeljena.
Vzorec razpok se razlikuje od razpok, ki nastanejo zaradi toplotne utrujenosti ali mehanskih poškodb. Razpoke zaradi toplotne utrujenosti so običajno koncentrirane na točkah napetosti. Razpoke zaradi mehanskih poškodb so lokalizirane. Razpoke so razporejene po celotni prizadeti površini.
Zakaj je storitev vroče dušikove kisline še posebej zahtevna
Dušikova kislina je oksidacijska kislina. Oksidacijski potencial se poveča s koncentracijo in temperaturo. Pri 85 stopinjah in 30-odstotni koncentraciji je stopnja oksidacije dovolj visoka, da postane površina PTFE krhka v nekaj mesecih.
Dušikova kislina prežema tudi PTFE. Hitrost prepustnosti narašča s temperaturo. Kislina, ki pride v notranjo izolacijo, zmanjša izolacijski upor. Kombinacija površinske krhkosti in notranje permeacije povzroči, da grelnik odpove hitreje kot kateri koli mehanizem sam po sebi.
Preprečevanje površinske krhkosti v vroči dušikovi kislini
Najučinkovitejša preventiva je znižanje površinske temperature. Nižja vatna gostota-0,8–1,0 W/cm² ohranja površinsko temperaturo v območju, kjer je stopnja oksidacije nizka. Grelnik z močjo 0,9 W/cm² lahko deluje za 10–15 stopinj hladneje kot grelnik z močjo 1,4 W/cm², kar lahko podvoji čas do utrjevanja površine.
Debelejši PTFE premaz zagotavlja več materiala za absorpcijo oksidacije. Oksidirana površinska plast je žrtvena. Debelejša prevleka ima pod oksidirano plastjo več polimera, zato grelec dlje časa ohrani svoje pregradne lastnosti.
Krajši servisni interval za pregled in zamenjavo je praktičen pristop. Pri delu z vročo dušikovo kislino je treba grelec pregledati vsake 2–3 mesece. Če opazite površinsko utrjevanje, je treba grelec zamenjati, preden razpoke prodrejo v premaz.
| Preprečevalni ukrep | Vpliv na krhkost | Izvedba |
|---|---|---|
| Nižja vatna gostota, 0,8–1,0 W/cm² | Počasnejša oksidacija | Oblikovanje grelnika |
| Debelejši premaz, 2,5–3,0 mm | Več žrtvenega materiala | Postopek premazovanja |
| Krajši interval pregledov | Zgodnje odkrivanje | Urnik vzdrževanja |
| Znižana temperatura | Nižja stopnja oksidacije | Nadzor procesa |
Ukrepi za preprečevanje površinske krhkosti v vroči dušikovi kislini
Ko površinska krhkost kaže na konstrukcijsko težavo
Grelnik, ki je krhek in poči kljub nizki vatni gostoti in debeli prevleki, pomeni, da material ali zasnova grelnika nista primerna za vročo dušikovo kislino. Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z zelo nizko vatno gostoto, debelo prevleko in temperaturno{1}}odpornim polimerom obravnava temeljni vzrok krhkosti. Postopek specifikacije zahteva koncentracijo dušikove kisline, delovno temperaturo in zahtevano moč. Pri napravah s kopelmi z vročo dušikovo kislino ta-specifični pristop zmanjša površinsko krhkost in podaljša življenjsko dobo grelnika.
