V kopeli z 10 % klorovodikove kisline (HCl) pri 60–80 stopinjah dodatek 0,5 % natrijevega dodecilbenzensulfonata (SDBS) – običajnega anionskega površinsko aktivnega sredstva, ki se uporablja pri industrijskem čiščenju in luženju – zmanjša kritično obremenitev za razpoke zaradi napetosti v okolju (ESC) PFA za 40–60 %. Kritična napetost pade s 6–7 MPa (čista HCl) na 2,5–3,5 MPa z 0,5 % SDBS. Molekule površinsko aktivne snovi se adsorbirajo na površino PFA, motijo gostoto kohezivne energije polimera in plastificirajo amorfne regije. Hidrofobni rep SDBS prodre skozi PFA, medtem ko hidrofilna glava (sulfonat) ostane v vodni fazi. To zmanjša površinsko prosto energijo, potrebno za sprožitev norosti. Že majhna koncentracija (0,1 % SDBS) povzroči 30 % zmanjšanje kritičnega stresa. Za grelnike PFA v kislih kopelih,-ki vsebujejo površinsko aktivne snovi, postanejo preostale napetosti iz proizvodnje (običajno 3–5 MPa) kritične, kar povzroči zgodnje razpoke. Da preprečite okvaro, uporabite žarjeni PFA (preostala napetost<1 MPa) or avoid SDBS.
Mehanizem ESC,-ki ga povzroči površinsko aktivna snov
SDBS je linearni alkilbenzen sulfonat s C12 hidrofobnim repom. V vodni raztopini HCl se rep adsorbira na površino PFA, medtem ko je sulfonatna glava usmerjena proti raztopini. Adsorbirana plast deluje kot mehčalo in povečuje gibljivost verige v amorfnih območjih. To zmanjša stres, ki je potreben za oblikovanje stabilnih norčij. Poleg tega površinsko aktivna snov zmanjša površinsko napetost (s 72 mN/m na 30–35 mN/m), kar omogoča, da kislina učinkoviteje zmoči površinske mikrorazpoke in pospeši širjenje razpok. Učinek je najbolj izrazit v kislih medijih, ker je protonirana površinsko aktivna snov bolj površinsko-aktivna.
Kritični stres za koncentracijo ESC proti SDBS (10 % HCl, 70 stopinj)
| Koncentracija SDBS (%) | Površinska napetost raztopine (mN/m) | Kritična napetost za razpoke PFA (MPa) | Zmanjšanje v primerjavi z brez površinsko aktivne snovi (%) | Čas do razpoke pri uporabljeni obremenitvi 4 MPa (ure) |
|---|---|---|---|---|
| 0 (čisti HCl) | 72 | 6.0–7.0 | 0% | >10,000 |
| 0.05 | 45 | 4.5–5.5 | 20–25% | 2,000–4,000 |
| 0.10 | 38 | 3.5–4.5 | 35–45% | 500–1,500 |
| 0.25 | 33 | 3.0–3.5 | 45–55% | 200–500 |
| 0.50 | 30 | 2.5–3.0 | 55–60% | 100–300 |
| 1.00 | 28 | 2.0–2.5 | 60–65% | 50–150 |
Primer polja
Linija za dekapiranje jekla je kot vlažilno sredstvo uporabljala 10 % HCl pri 70 stopinjah z 0,3 % SDBS. PFA grelniki (kot-ekstrudirani, zaostala napetost 4–5 MPa) so po 4–6 mesecih počili. Obrat je zamenjal grelnike z žarjenim PFA (200 stopinj, 4 ure, zaostala napetost)<1 MPa). The new heaters lasted 3+ years without cracking. The plant also reduced SDBS concentration to 0.1% (still effective for wetting), which raised the critical stress to 3.5–4.5 MPa, adding further safety margin.
Odkrivanje razpok-povzročenih površinsko aktivnih snovi
Razpoke zaradi ESC s-površinsko aktivnimi snovmi so običajno:
Razvejanje(ne obodno, kot toplotna utrujenost)
Izvira iz površinskih prask ali napak
Spremlja ga motna, meglena površina(plastifikacija)
Vidno v mesecihdelovanja
Če opazite razpoke, analizirajte kopel za koncentracijo površinsko aktivne snovi. Če SDBS ali podobne anionske površinsko aktivne snovi presežejo 0,1 %, je grelnik PFA ogrožen.
Ublažitev za kisle kopeli,-ki vsebujejo površinsko aktivne snovi
| strategija | Učinkovitost | Stroški izvedbe | Opombe |
|---|---|---|---|
| Zmanjšajte koncentracijo površinsko aktivne snovi na<0.1% | visoko | Nizka | Lahko zmanjša učinkovitost vlaženja |
| Uporabite žarjeno PFA (stres<1 MPa) | Zelo visoko | Zmerno (100–200 USD na grelec) | Odpravlja preostali stres |
| Uporabite ne{0}}ionske površinsko aktivne snovi (npr. Triton X-100) | Zmerno | Nizka | Manj agresiven kot SDBS |
| Povečajte debelino stene PFA | Nizka (ne spremeni kritičnega stresa) | visoko | Ni učinkovito za ESC |
| Po montaži dodajte-korak za razbremenitev | Zmerno | Nizka | Ponovno -žarjenje pri 150 stopinjah za 2 uri na kraju samem (če je mogoče) |
Zakaj so ne{0}}ionske površinsko aktivne snovi manj agresivne
Ne-ionske površinsko aktivne snovi (npr. oktilfenol etoksilati, Triton X-100) ne ionizirajo v kislini in imajo manjšo afiniteto za PFA. Kritično zmanjšanje stresa z 0,5 % ne-ionske površinsko aktivne snovi je le 15–25 % v primerjavi s 55–60 % pri SDBS. Če postopek čiščenja ali luženja lahko prenese neionsko površinsko aktivno snov, preklopite na to formulacijo.
Zaključek: 0,5 % SDBS zmanjša kritično obremenitev za razpoke PFA za 50 %
Dodatek 0,5-odstotnega natrijevega dodecilbenzensulfonata (SDBS) v kopel z 10-odstotno klorovodikovo kislino pri 70 stopinjah zmanjša kritično obremenitev za okoljske napetostne razpoke PFA s 6–7 MPa na 2,5–3,5 MPa – 50-odstotno zmanjšanje. Površinsko aktivna snov se adsorbira na PFA, plastificira amorfne regije in zmanjša energijo za sprožitev norosti. Grelniki PFA s preostalo proizvodno obremenitvijo 3–5 MPa bodo v takih kopelih počili v nekaj mesecih. Da preprečite okvaro, uporabite žarjeni PFA (preostala napetost<1 MPa) or reduce SDBS concentration below 0.1%. Surfactants clean, but they also crack. The same agent that reduces surface tension also reduces polymer strength. Know the chemistry, control the stress, and your heater survives. In pickling baths, the acid is not the only enemy. The wetting agent may be worse. Test, measure, and mitigate. Your heater's life depends on it.
