Grijač isključen iz upotrebe ponekad predstavlja zbunjujuću sliku. Plašt od fluorpolimera pokazuje fine pukotine koncentrirane u blizini zavoja, stezaljki ili prijelaza rubova. Radna temperatura ostala je ispod oznake materijala. Kemija procesa je udobno unutar poznatih granica kompatibilnosti. Električne performanse su čak mogle ostati stabilne do trenutka kada se pojavilo curenje. Oštećenje nalikuje mehaničkom zamoru, ali nije došlo do preopterećenja. Objašnjenje često leži u pucanju uzrokovanom okolišnim stresom, načinu kvara kojim upravlja interakcija između stresa i okoliša, a ne bilo kojeg faktora pojedinačno.
Ovaj mehanizam dovodi u pitanje uobičajenu pretpostavku o fluoropolimerima. PTFE je široko poznat po kemijskoj otpornosti, ali otpornost na kemijski napad ne znači automatski otpornost na stvaranje pukotina pod stresom. Kada u materijalu postoji vlačno naprezanje, određene tekućine mogu dramatično ubrzati rast mikroskopskih pukotina iako ne mogu otopiti ili kemijski potrošiti polimer.
Mehanizam iza pucanja uzrokovanog stresom okoline
Pukotine uzrokovane utjecajem okoliša (ESC) nastaju kada istovremeno postoje tri uvjeta: trajno vlačno naprezanje, osjetljiva polimerna struktura i -agens pucanja zbog naprezanja u okolini. Uklonite bilo koji faktor i kvar se neće dogoditi.
Uključena kemikalija obično ne razgrađuje PTFE u tradicionalnom smislu. Umjesto toga, mijenja površinsku energiju ili prodire kroz molekularne granice dovoljno da smanji otpornost na širenje pukotina. Mikrupljine koje bi inače ostale stabilne počinju rasti. Sitni nedostatak postaje ludilo, a ludilo se razvija u vidljivu pukotinu.
PTFE grijači imaju nekoliko izvora vlačnog naprezanja. Tijekom proizvodnje, savijanje cjevastog elementa dovodi do zaostalog naprezanja na vanjskom radijusu krivina. Instalacija može dodatno opteretiti ako je grijač umetnut u otvor spremnika ili kruto stegnut. Toplinski ciklus proizvodi širenje i skupljanje, opetovano opterećujući ta područja. Nijedno od ovih naprezanja pojedinačno ne premašuje mehaničku čvrstoću materijala, ali ipak stvaraju uvjete potrebne za nastanak pukotina nakon što okolina surađuje.
Naprezanje-agensa za stvaranje pukotina u procesnim tekućinama
Mnoge kemikalije kompatibilne s PTFE-om sa stajališta korozije još uvijek mogu djelovati kao-agensi za pucanje uslijed naprezanja. Surfaktanti predstavljaju uobičajenu kategoriju. Sredstva za vlaženje koja se koriste u kupkama za galvaniziranje ili spremnicima za čišćenje smanjuju površinsku napetost i mogu se infiltrirati u mikroskopska područja površine, smanjujući otpornost na pukotine. Određena organska otapala na povišenoj temperaturi djeluju slično, posebice aromatski ili halogenirani spojevi koji stupaju u interakciju s granicama polimernog lanca bez da ih otapaju.
Procesni dodaci kao što su sredstva za raspršivanje, deterdženti i organska posvjetljivača također se često pojavljuju u pogođenim sustavima. Grijač ostaje kemijski netaknut, ali postaje mehanički ranjiv. Kvar stoga iznenađuje operatere jer nikakva promjena boje ili bubrenje ne prethodi pucanju.
U praksi se ESC pukotine često pojavljuju u grijačima koji su bili prečvrsto savijeni tijekom ugradnje, stvarajući visoko zaostalo naprezanje koje zatim iskorištava blago kemijsko okruženje. Čini se da je sama kemija bezopasna, ali u kombinaciji sa stresom uzrokuje progresivnu štetu.
Prepoznavanje tipičnih uzoraka pukotina
Pukotine pod utjecajem okoliša stvaraju prepoznatljiva vizualna obilježja. Pukotine su obično fine, plitke i razgranate, a ne široke pukotine. Javljaju se pretežno na vanjskom radijusu zavoja, u blizini montažnih nosača ili uz prijelaze prirubnica gdje se koncentriraju naprezanja. Mogu se pojaviti višestruke paralelne pukotine koje tvore mrežu umjesto jednog pukotina.
Za razliku od toplinske degradacije, obično nema promjene boje ili taljenja. Za razliku od kemijskog napada, gubitak materijala je minimalan. Površina može zadržati svoju izvornu boju i sjaj osim duž linija pukotina. Pod povećanjem, uzorci ludila koji podsjećaju na linije mraza postaju vidljivi prije nego se razviju pune pukotine.
Uobičajena preventivna mjera je određivanje grijača s većim radijusima savijanja i osiguravanje da su pravilno poduprti kako bi se mehanički stres sveo na najmanju moguću mjeru. Kada se pukotine stalno pojavljuju na identičnim mjestima na više grijača, uzorak jasno ukazuje na ESC, a ne na slučajno mehaničko oštećenje.
Sprječavanje pucanja uzrokovanog utjecajem okoliša
Prevencija zahtijeva istovremeno obraćanje pozornosti na mehaničke i okolišne čimbenike. Smanjenje zaostalog naprezanja tijekom proizvodnje je temeljno. Pravilno žarenje nakon formiranja omogućuje molekularno opuštanje, smanjujući pohranjenu energiju deformacije koja bi inače potaknula rast pukotine.
Instalacijske prakse su jednako važne. Grijači se ne smiju gurati u premale otvore ili kruto učvršćivati bez dopuštenja za širenje. Pružanje fleksibilnih potpora i održavanje preporučenog radijusa savijanja smanjuje kontinuirano vlačno opterećenje tijekom rada.
Evaluacija procesa je također neophodna. Identificiranje potencijalnih agensa-pukotina u otopini pomaže u određivanju rizika. Čak i male koncentracije površinski aktivnih tvari ili organskih tvari mogu biti dovoljne u kombinaciji s povišenom temperaturom i dugotrajnim stresom. U kritičnim primjenama, ispitivanje probnog izlaganja pod mehaničkim opterećenjem može otkriti osjetljivost prije-instalacije u punom opsegu.
Ciklusiranje temperature trebalo bi svesti na najmanju moguću mjeru gdje je to moguće. Svaki ciklus grijanja i hlađenja uvodi varijaciju naprezanja koja potiče širenje pukotina. Stabilan rad smanjuje mehaničku pogonsku silu iza ESC-a.
Razmatranja dizajna i materijala
Vrsta materijala i geometrija utječu na otpornost. Deblji dijelovi fluoropolimera toleriraju stvaranje mikropukotina dulje prije nego što dođe do curenja. Glatki prijelazi na prirubnicama i blaga zakrivljenost ravnomjernije raspoređuju naprezanje. Neke modificirane formulacije fluoropolimera pokazuju poboljšanu otpornost na pucanje uslijed naprezanja i mogu biti prikladne kada je izlaganje sredstvima za vlaženje ili otapalima neizbježno.
Konzultacije s proizvođačem grijača često dovode do prilagodbi dizajna kao što su pojačani prijelazi, veći radijusi savijanja ili alternativne mješavine fluoropolimera prilagođene okruženjima koja sadrže agense za -pukotine zbog naprezanja.
Zaključak
Pukotine pod utjecajem okoliša predstavljaju suptilan, ali značajan mehanizam kvara u PTFE grijačima. Materijal može ostati kemijski kompatibilan i termički unutar granica, ali ipak kombinacija zaostalog naprezanja i specifičnih kemikalija potiče širenje pukotina tijekom vremena. Fine razgranate fisure u blizini zavoja ili stegnutih područja pružaju primarni dijagnostički dokaz.
Učinkovita prevencija ovisi o upravljanju mehaničkim stresom i izloženosti okoliša. Pravilno oblikovanje i žarenje, pažljiva instalacija, identifikacija -agensa pucanja pod naprezanjem i promišljena geometrija dizajna značajno smanjuju rizik. Za procese koji sadrže površinski aktivne tvari ili organske aditive, suradnja s proizvođačima opreme u odabiru odgovarajućih razreda materijala i strukturnih značajki daje dodatnu sigurnosnu granicu i produljuje vijek trajanja.
