Keemiatehas tõmbas pärast viiekuulist kasutust PTFE sukelsoojendi 30% lämmastikhappevannist 85 kraadi juures. Küttekeha pinnal oli kogu kuumutatud sektsioonis peente, lõikuvate pragude muster-kruusaline muster-. PTFE tundus kõva ja rabe, mitte pehme ja painduv, nagu peaks. Isolatsioonitakistus oli langenud 500 MΩ-lt 30 MΩ-ni. Lämmastikhape oli polümeeri oksüdeerinud, muutes pinna rabedaks ja põhjustades selle pragunemise.
Kuum lämmastikhape on üks agressiivsemaid PTFE oksüdeerivaid happeid. Mõõdukatel temperatuuridel on oksüdatsioonikiirus aeglane ja PTFE jääb elastseks. Kõrgendatud temperatuuridel-üle 80 kraadi -oksüdatsioonikiirus kiireneb ja polümeeri pind hakkab lagunema. Polümeerahelad katkevad ja pind muutub kõvaks ja rabedaks.
Kuidas lämmastikhape purustab PTFE
Lämmastikhape oksüdeerib PTFE ahela otstes ja polümeeri struktuursete defektide korral. Oksüdeerimine tekitab karbonüülfluoriidi ja muid oksüdeeritud liike, mis katkestavad polümeeri ahela. Keti lõikamine vähendab polümeeri molekulmassi ja selle mehaanilist tugevust.
Oksüdeeritud pinnakihil on erinevad omadused kui puistepolümeeril. See on kõvem, rabedam ja vähem paindlik. Kui kütteseade töötab termiliselt, ei suuda rabe pind pinget taluda. See praguneb.
| Lämmastikhappe kontsentratsioon | Temperatuur | Oksüdatsioonimäär | Pinna kõvenemise aeg | Aeg krakkida |
|---|---|---|---|---|
| 10% | 60 kraadi | Väga madal | >36 kuud | >48 kuud |
| 20% | 70 kraadi | Madal | 18-30 kuud | 24-36 kuud |
| 30% | 80 kraadi | Mõõdukas | 8-14 kuud | 12-20 kuud |
| 40% | 85 kraadi | Kõrge | 4-8 kuud | 6-12 kuud |
| 50% | 90 kraadi | Väga kõrge | 2-4 kuud | 3-8 kuud |
Lämmastikhappe kontsentratsioon ja temperatuur mõjutavad PTFE haprust
Miks moodustavad praod pöörase mustri?
Murduv muster-peened, ristuvad praod- on iseloomulikud painduval aluspinnal olevale rabedale pinnakihile. Kui küttekeha kuumeneb, metallkest paisub ja habras pinnakiht peab venima, et laieneda. Kui pinnakiht ei saa venitada, siis see praguneb. Praod tekivad juhuslikult, kuna pinnakiht on ühtlane ja pinge jaotub.
Mõranev muster erineb termilise väsimuse või mehaaniliste kahjustuste põhjustatud pragudest. Termilised väsimuspraod koonduvad tavaliselt pingepunktidesse. Mehaaniliste kahjustuste praod on lokaliseeritud. Pööravad praod jaotuvad kogu kahjustatud pinnale.
Miks kuuma lämmastikhappe teenus on eriti nõudlik?
Lämmastikhape on oksüdeeriv hape. Oksüdatsioonipotentsiaal suureneb koos kontsentratsiooni ja temperatuuriga. 85-kraadise ja 30% kontsentratsiooni juures on oksüdatsioonikiirus piisavalt kõrge, et PTFE pind mõne kuu jooksul rabedaks muutuda.
Lämmastikhape tungib ka PTFE-sse. Läbilaskvus suureneb temperatuuri tõustes. Sisemise isolatsioonini jõudev hape vähendab isolatsioonitakistust. Pinna hapruse ja sisemise läbitungimise kombinatsioon põhjustab kütteseadme rikke kiiremini kui kumbki mehhanism eraldi.
Pinna murenemise vältimine kuumas lämmastikhappes
Kõige tõhusam ennetus on pinnatemperatuuri alandamine. Väiksem vattihedus -0,8–1,0 W/cm²- hoiab pinnatemperatuuri madala oksüdatsioonikiirusega vahemikus. Kütteseade võimsusega 0,9 W/cm² võib töötada 10–15 kraadi jahedam kui 1,4 W/cm², mis võib kahekordistada pinna kõvenemise aega.
Paksem PTFE-kate annab rohkem materjali oksüdatsiooni absorbeerimiseks. Oksüdeeritud pinnakiht on ohverdatav. Paksemal kattekihil on oksüdeeritud kihi all rohkem polümeeri, nii et küttekeha säilitab oma tõkkeomadused kauem.
Lühem hooldusvälba ülevaatuseks ja asendamiseks on praktiline lähenemine. Kuuma lämmastikhappe hoolduses tuleks kütteseadet kontrollida iga 2–3 kuu tagant. Kui tuvastatakse pinna kõvenemine, tuleks kütteseade välja vahetada enne, kui praod kattekihist läbi tungivad.
| Ennetusmeede | Mõju rabedusele | Rakendamine |
|---|---|---|
| Madalam vattihedus, 0,8–1,0 W/cm² | Aeglasem oksüdatsioon | Küttekeha disain |
| Paksem kate, 2,5–3,0 mm | Rohkem ohvrimaterjali | Katteprotsess |
| Lühem kontrolli intervall | Varajane avastamine | Hooldusgraafik |
| Vähendatud temperatuur | Madalam oksüdatsioonimäär | Protsessi juhtimine |
Kuumas lämmastikhappes esinevate pindade rabeduse vältimise meetmed
Kui pinna murenemine viitab disainiprobleemile
Küttekeha, mis mureneb ja praguneb hoolimata madalast vattihedusest ja paksust kattest, näitab, et küttekeha materjal või konstruktsioon ei sobi kuuma lämmastikhappega töötamiseks. Kohandatud PTFE-sukelsoojendi konfiguratsioon väga väikese vattiheduse, paksu katte ja temperatuurikindla polümeeriklassiga{1}} kõrvaldab hapruse algpõhjuse. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab lämmastikhappe kontsentratsiooni, töötemperatuuri ja nõutavat võimsust. Kuumade lämmastikhappevannidega rajatiste puhul vähendab see rakendusespetsiifiline-lähenemine pinna haprust ja pikendab küttekeha kasutusiga.
