Kemijska tvornica izvukla je PTFE uronjeni grijač iz kupelji s 30% dušične kiseline na 85 stupnjeva nakon pet mjeseci rada. Površina grijača pokazala je uzorak finih pukotina koje se križaju-uzorak pukotina-po cijelom grijanom dijelu. PTFE je bio tvrd i lomljiv, a ne mekan i fleksibilan kao što bi trebao. Otpor izolacije pao je s 500 MΩ na 30 MΩ. Dušična kiselina je oksidirala polimer, čineći površinu krhkom i uzrokujući njezino pucanje.
Vruća dušična kiselina je jedna od najagresivnijih oksidirajućih kiselina za PTFE. Na umjerenim temperaturama, brzina oksidacije je spora i PTFE ostaje fleksibilan. Na povišenim temperaturama-iznad 80 stupnjeva -stopa oksidacije se ubrzava, a površina polimera počinje se razgrađivati. Polimerni lanci pucaju, a površina postaje tvrda i lomljiva.
Kako dušična kiselina krti PTFE
Dušična kiselina oksidira PTFE na krajevima lanca i na strukturnim defektima u polimeru. Oksidacija stvara karbonil fluorid i druge oksidirane vrste koje ometaju polimerni lanac. Prekid lanca smanjuje molekularnu težinu polimera i njegovu mehaničku čvrstoću.
Oksidirani površinski sloj ima drugačija svojstva od rasutog polimera. Tvrđi je, lomljiviji i manje fleksibilan. Kada grijač radi termički ciklus, krta površina ne može podnijeti naprezanje. Puca.
| Koncentracija dušične kiseline | Temperatura | Stopa oksidacije | Vrijeme za otvrdnjavanje površine | Vrijeme je za pucanje |
|---|---|---|---|---|
| 10% | 60 stupnjeva | Vrlo nisko | >36 mjeseci | >48 mjeseci |
| 20% | 70 stupnjeva | Niska | 18-30 mjeseci | 24-36 mjeseci |
| 30% | 80 stupnjeva | Umjereno | 8–14 mjeseci | 12-20 mjeseci |
| 40% | 85 stupnjeva | visoko | 4–8 mjeseci | 6–12 mjeseci |
| 50% | 90 stupnjeva | Vrlo visoko | 2–4 mjeseca | 3–8 mjeseci |
Učinci koncentracije dušične kiseline i temperature na PTFE krtost
Zašto pukotine stvaraju šareni uzorak
Uzorak pukotina-fine pukotine koje se križaju-karakteristične su za krti površinski sloj na fleksibilnoj podlozi. Kada se grijač zagrije, metalni omotač se širi, a krti površinski sloj mora se istegnuti da bi se prilagodio širenju. Ako se površinski sloj ne može istegnuti, dolazi do pucanja. Pukotine se formiraju u nasumičnom obrascu jer je površinski sloj ujednačen i naprezanje je raspoređeno.
Uzorak pukotina razlikuje se od pukotina uzrokovanih toplinskim zamorom ili mehaničkim oštećenjem. Pukotine uzrokovane toplinskim zamorom obično su koncentrirane na točkama naprezanja. Pukotine od mehaničkih oštećenja su lokalizirane. Pukotine su raspoređene po cijeloj zahvaćenoj površini.
Zašto je usluga vruće dušične kiseline posebno zahtjevna
Dušična kiselina je oksidirajuća kiselina. Oksidacijski potencijal raste s koncentracijom i temperaturom. Pri 85 stupnjeva i koncentraciji od 30%, stopa oksidacije je dovoljno visoka da PTFE površinu postane krta u roku od nekoliko mjeseci.
Dušična kiselina također prodire kroz PTFE. Stopa prodiranja raste s temperaturom. Kiselina koja dospije u unutarnju izolaciju smanjuje otpor izolacije. Kombinacija površinske krtosti i unutarnje propusnosti uzrokuje brži kvar grijača nego bilo koji mehanizam pojedinačno.
Sprječavanje površinske krtosti u vrućoj dušičnoj kiselini
Najučinkovitija prevencija je smanjenje površinske temperature. Niža gustoća u vatima-0,8–1,0 W/cm²-održava površinsku temperaturu unutar raspona u kojem je stopa oksidacije niska. Grijač od 0,9 W/cm² može biti 10-15 stupnjeva hladniji od grijača od 1,4 W/cm², što može udvostručiti vrijeme do otvrdnjavanja površine.
Deblji PTFE premaz daje više materijala za apsorbiranje oksidacije. Oksidirani površinski sloj je žrtvovan. Deblji premaz ima više polimera ispod oksidiranog sloja, pa grijač dulje zadržava svojstva barijere.
Kraći servisni interval za pregled i zamjenu praktičan je pristup. U radu s vrućom dušičnom kiselinom, grijač treba pregledati svaka 2-3 mjeseca. Ako se otkrije otvrdnjavanje površine, grijač treba zamijeniti prije nego što pukotine prodru u premaz.
| Mjera prevencije | Učinak na krtost | Provedba |
|---|---|---|
| Niža gustoća u vatima, 0,8–1,0 W/cm² | Sporija oksidacija | Dizajn grijača |
| Deblji sloj, 2,5–3,0 mm | Više žrtvenog materijala | Postupak premazivanja |
| Kraći interval pregleda | Rano otkrivanje | Raspored održavanja |
| Snižena temperatura | Niža stopa oksidacije | Kontrola procesa |
Mjere prevencije površinske krtosti u vrućoj dušičnoj kiselini
Kada površinska krtost ukazuje na problem dizajna
Grijač koji postaje krt i puca usprkos niskoj gustoći vata i debelom premazu ukazuje na to da materijal grijača ili dizajn nisu prikladni za rad s vrućom dušičnom kiselinom. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s vrlo niskom gustoćom u vatima, debelim premazom i polimerom-otpornim na temperaturu rješava glavni uzrok krtosti. Proces specifikacije zahtijeva koncentraciju dušične kiseline, radnu temperaturu i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s kupkama s toplom dušičnom kiselinom, ovaj -pristup specifičan za primjenu smanjuje krtost površine i produljuje vijek trajanja grijača.
