Keemilise töötlemise tehas paigaldas PTFE sukelsoojendi 30% lämmastikhappe vanni 92 kraadi juures. Soojendit hinnati temperatuuri ja keemia järgi. See ebaõnnestus nelja kuu pärast -mitte ainult läbitungimise, vaid läbitungimise ja oksüdatsiooni kombinatsiooni tõttu, mis lagundas polümeeri kiiremini, kui kumbki mehhanism seda üksinda oleks teinud. Kest näitas peente pragude mustrit ja selget kollasust, mis on iseloomulik oksüdatiivsele rünnakule.
Oksüdeerivad happed-lämmastikhape, kroomhape, kõrge kontsentratsiooniga väävelhape ning peroksiide või persulfaate sisaldavad segud-on PTFE-sukelsoojendite jaoks spetsiifiline väljakutse. Polümeer talub mõõdukatel temperatuuridel oksüdeerumist. Üle 90 kraadi ületab oksüdatsiooni ja termilise stressi kombinatsioon polümeeri vastupanuvõimet.
PTFE oksüdatsioonimehhanism
PTFE on oksüdatsioonikindel, kuna süsinik{0}}fluori sidemed on tugevad ja fluori aatomid varjestavad süsiniku karkassi. Kõrgematel temperatuuridel võivad hapnik või oksüdeerivad osad rünnata polümeeri nõrkades kohtades -ahela otstes, jääklisandites ja tootmise käigus tekkinud struktuuridefektides.
Rünnak tekitab karbonüülfluoriidi ja muid oksüdeeritud liike, mis katkestavad polümeeri ahela. Tulemuseks on ahela katkemine, mis vähendab molekulmassi ja mehaanilist tugevust. Pind muutub rabedaks ja tekivad peened praod. Praod pakuvad teid edasiseks läbitungimiseks ja rünnakuks.
Oksüdatsioonikiirus sõltub temperatuurist, oksüdeerivate ainete kontsentratsioonist ja katalüsaatorite, näiteks metalliioonide olemasolust. Raud, vask ja muud siirdemetallid võivad katalüüsida PTFE oksüdatsiooni, kiirendades lagunemist.
| Oksüdeeriv hape | Keskendumine | Temperatuur | Oksüdatsioonimäär | PTFE kasutusiga |
|---|---|---|---|---|
| Lämmastikhape | 20% | 70 kraadi | Madal | 3-5 aastat |
| Lämmastikhape | 30% | 90 kraadi | Mõõdukas | 6-14 kuud |
| Lämmastikhape | 30% | 95 kraadi | Kõrge | 3-8 kuud |
| Lämmastikhape | 50% | 90 kraadi | Väga kõrge | 2-6 kuud |
| Kroomhape | 20% | 90 kraadi | Kõrge | 4-10 kuud |
| Väävelhape | 70% | 95 kraadi | Mõõdukas – kõrge | 6-14 kuud |
| Peroksiidi{0}}sisaldavad | 5% | 80 kraadi | Kõrge | 4-10 kuud |
Oksüdatsioonimäär ja PTFE kasutusiga oksüdeeriva happe kasutamisel üle 90 kraadi
Oksüdatsiooni ja läbitungimise kombineeritud mõju
Oksüdatsioon ja läbitungimine ei ole sõltumatud. Oksüdatsioon tekitab pinnale pragusid ja suurendab polümeeri läbilaskvust. Läbitungimine toob niiskuse ja keemia sügavamale polümeeri, kus need võivad oksüdeerunud kohtadega reageerida. Need kaks mehhanismi tugevdavad üksteist.
Üle 90-kraadises oksüdeerivas happes olev küttekeha võib näidata isolatsioonitakistuse järkjärgulist langust nädalate jooksul, millele järgneb järsk langus, kui pragu tungib läbi kogu ümbrise paksuse. Äkiline langus on sageli esimene märk sellest, et midagi on valesti. Selleks ajaks on polümeer lagunenud juba nädalaid.
Kombinatsioon on kahjulikum kui kumbki mehhanism eraldi. Samal temperatuuril mitte-oksüdeerivas happes olev küttekeha võib kesta kaks korda kauem, kuna polümeer ei lagune keemiliselt,{2}}ainult imbub.
Temperatuur: domineeriv muutuja
Oksüdatsioonikiirus kahekordistub ligikaudu iga 10 kraadise temperatuuritõusu korral. 95 kraadi juures töötav kütteseade on ligikaudu neli korda vastuvõtlikum oksüdatsioonile kui 75 kraadi juures ja kaheksa korda vastuvõtlikum kui 65 kraadi juures.
Katte temperatuur on veelgi olulisem kui kogumistemperatuur. Küttekeha, mis töötab 92-kraadise mahuga ja ümbrise temperatuuriga 110-kraadine, avaldab polümeeri oksüdatsioonikiirusele, mis on kaks kuni neli korda kõrgem kui puistetemperatuur eeldab. Vattide tiheduse vähendamine kesta temperatuuri alandamiseks on kõige tõhusam viis kasutusiga pikendada.
Praktilised juhised oksüdeerivate hapete kohta üle 90 kraadi
Lämmastikhappe kontsentratsiooniga alla 20% ja temperatuuril alla 70 kraadi toimib PTFE sukelsoojendi hästi ja tagab vastuvõetava kasutusea. Kui kontsentratsioon on üle 30% või 90 kraadi, on kasutusiga lühike ja kaaluda tuleks alternatiivseid materjale.
Kroomihappe puhul, mille kontsentratsioon on üle 20% või 90 kraadi, on oksüdatsioonikiirus kõrge ja kütteseade võib mõne kuu jooksul ebaõnnestuda. Olenevalt keemiast võib sobivam olla ränikarbiid või kvarts.
Väävelhappe puhul, mille kontsentratsioon on üle 70% ja temperatuur 95 kraadi, viib kõrge temperatuuri, kõrge kontsentratsiooni ja oksüdeerivate tingimuste kombinatsioon polümeeri üle selle praktilistest piiridest.
| Teeninduse seisukord | PTFE sobivus | Soovitatav vattihedus | Eeldatav kasutusiga |
|---|---|---|---|
| 10-20% lämmastikhapet,<70°C | Suurepärane | 1,2–1,5 W/cm² | 3-5 aastat |
| 20–30% lämmastikhapet, 70–90 kraadi | Marginaalne | 0,8–1,0 W/cm² | 8-18 kuud |
| 30–50% nitric acid, >90 kraadi | Ei sobi | - | <6 months |
| 10–20% kroomhapet, 70–90 kraadi | Marginaalne | 0,8–1,0 W/cm² | 6-14 kuud |
| >20% chromic acid, >90 kraadi | Ei sobi | - | <6 months |
| >70% sulfuric acid, >95 kraadi | Marginaalne | 0,8–1,0 W/cm² | 6-14 kuud |
PTFE sobivus ja spetsifikatsiooni parameetrid oksüdeerivatele hapetele üle 90 kraadi
Kui PTFE jõuab oma piiridesse
PTFE saavutab oma piirid oksüdeeriva happe teenistuses, kui temperatuur ületab 90 kraadi ja kontsentratsioon on kõrge. Nendes tingimustes ületab oksüdatsioonikiirus polümeeri vastupidavuse ja kasutusiga langeb alla ühe aasta.
Nendes rakendustes tuleks kaaluda alternatiivsete materjalide kasutamist. Ränikarbiid pakub kõrgemat temperatuuri ja vastupidavust oksüdatsioonile. Kvarts sobib lämmastik- ja kroomhappega, kuid mitte leeliselistes tingimustes. Titaan toimib hästi lämmastikhappes, kuid mitte redutseerivates hapetes.
Kui kohandatud konfiguratsioon suurendab PTFE jõudlust
Kohandatud PTFE sukelsoojendi konfiguratsioon väga madala vattiheduse, paksu kesta ja parema juurdepääsuga voolule vähendab ümbrise temperatuuri ja oksüdatsioonikiirust. Täiendus võib pikendada kasutusiga kuudelt üle aastani marginaalsetes oksüdeerivates happetingimustes. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab happekeemiat, kontsentratsiooni, töötemperatuuri ja nõutavat võimsust. Rajatiste jaoks, kus oksüdeerivad happevannid on üle 90 kraadi, pakub see rakendusespetsiifiline lähenemine lahendust, kus standardsed kütteseadmed seda ei pruugi teha.
