De ce poate un încălzitor PFA cu o suprafață exterioară netedă să reziste mai bine la crăpare în vapori de amoniac de înaltă{0}}puritate decât unul texturat?

PFA este moderat până la foarte ostil față de puritatea vaporilor de amoniac (NH3) la 50-100 de grade, inducând fisurarea prin stres de mediu (ESC) a polimerului sub tensiune de tracțiune. Suprafața exterioară netedă (Ra < 0,2 µm) este de 3-5 ori mai rezistentă la fisuri decât suprafața texturată (Ra > 0,8 µm) la aceeași solicitare și expunere la amoniac. Procesul este concentrarea tensiunilor: suprafețele texturate au vârfuri și văi microscopice care cresc stresul. Cu sarcini aplicate (dilatare termică, presiune, efort rezidual) fundurile văii vor fi concentratoare de tensiuni cu valori Kt de 2-5x. În aceste locații cu stres ridicat, vaporii de amoniac se adsorbă preferabil, scăzând energia de suprafață a sistemului necesară inițierii fisurilor. O suprafață netedă nu are concentratori de tensiuni; tensiunea aplicată este uniformă și sub tensiunea critică pentru ESC. Pentru serviciul de vapori de amoniac asigurați o suprafață netedă de PFA, lustruită sau extrudată.

Fisurarea prin stresul mediului indus de amoniac
Amoniacul nu reacționează chimic cu PFA (fără scisarea lanțului sau oxidarea la temperaturi sub 120 de grade). Este de fapt un agent de cracare a tensiunii. Moleculele de amoniac sunt mici (0,26 nm diametru cinetic) și foarte polare. Ele se dispersează în regiuni amorfe ale PFA și rup interacțiunile van der Waals dintre lanțuri. Regiunea plastifiată cu amoniac-cedează local sub efort de tracțiune (2-3 MPa) și formează o frenezie. Nebunia devine un crack. Concentrațiile de stres la caracteristicile suprafeței scad stresul critic pentru ESC în amoniac de la 3–5 MPa pentru PFA neted la doar 1–2 MPa pentru PFA texturat. Un încălzitor cu stres rezidual de 4 MPa (de la răcirea prin extrudare) poate supraviețui în amoniac dacă este neted, dar se sparge în săptămâni dacă este texturat.

Rugozitatea suprafeței formează crestături. Pentru un canal în formă de V de adâncimea d și raza rădăcinii r, factorul de concentrare a tensiunii Kt ≈ 1+2√ dr . Pentru o suprafață texturată obișnuită (Ra=0.8 µm, r ≈ 0,5 µm, d ≈ 2 µm) obținem Kt ≈ 1 + 2√(2/0,5)=1 + 2√{4=1 + 4=5. Tensiunea nominală de 4 MPa este crescută la 20 MPa{1}} rădăcină de canal peste randamentul canalului PFA{1}} puterea. Crăpăturile încep în câteva ore.

Rezistența la crăpare față de rugozitatea suprafeței vapori NH3 (80 grade, 1 bar)
Condiția suprafeței Ra (µm) Kt (max) 4 MPa Tensiune Prima fisura (ore) Tensiune critică ESC (MPa) Tip de defecțiune
Polished (mirror finish) 0.05–0.1 1.1–1.2 >10.000 (fără fisuri) 5–6 Niciuna (în limitele de testare)
Extrudat (neted) 0,2 până la 0.3 1.3 până la 1.5 5, 000 până la 8,000 4 până la 5Crazing, fin
Ca extrudat (normal) 0.4-0.6 1.8-2.2 1,500-3,000 3-4 Mai multe fisuri fine
Sablat (fin) 0,8–1.2 3–5 200–500 1.5–2,5 Fisura dominantă unică
Sablat (dur) 1,5–2.5 5–8 50–150 1.0–1,5 Crăpare rapidă
Prelucrat (semne de scule) 0,5–1,5 (direcțional) 4–10 20–100 0.5–1,0 Fisuri de-a lungul marcajelor de scule
Gravat chimic 0,6–1.0 2–4 300–800 2–3 Fisurare moderată
Suprafețe netede: de ce sunt importante pentru serviciul cu amoniac
Pe lângă concentrația de stres, suprafețele plane au mai puține locuri de adsorbție a amoniacului. Moleculele de amoniac se condensează de preferință în mici fisuri (condens capilară). Amoniacul condensat are o concentrație mai mare și o durată de contact mai mare, ceea ce accelerează plastificarea. Suprafața netedă, fără fisuri-reduce absorbția amoniacului și, prin urmare, suprafața polimerului rămâne relativ uscată.

Suprafețele netede fac, de asemenea, posibilă identificarea oricăror fisuri care se formează mai devreme. Pe o suprafață rugoasă, mici crăpături sunt îngropate în rugozitate; când sunt evidente sunt adânci. O fisură de 0,1 mm poate fi văzută la lumină bună pe o suprafață netedă, astfel încât să poată fi înlocuită înainte de defecțiune.

Pregătirea suprafeței cu amoniac
Pentru încălzitoarele PFA pentru serviciul cu vapori de amoniac, specificați:

Finisarea suprafeței: Ra 0,3 µm determinat de profilometru în conformitate cu ISO 4287.

Fără șlefuire sau bordare după extrudare.

Verificare: Solicitați dovada rugozității suprafeței pentru fiecare lot de producție.

Lustruirea îndepărtează 0,05-0,1 mm de PFA, scăzând astfel grosimea peretelui. Lustruirea poate face ca teaca să fie prea subțire pentru un perete de 1,5 mm. Mai bine definiți netedă în primul rând.

Exemplu de câmp