Ķīmiskās apstrādes rūpnīca uzstādīja PTFE iegremdēšanas sildītāju 30% slāpekļskābes vannā 92 grādu temperatūrā. Sildītājs tika novērtēts atbilstoši temperatūrai un ķīmijai. Pēc četriem mēnešiem tas neizdevās,{4}}nevis caurlaidības dēļ, bet gan caurlaidības un oksidācijas kombinācijas dēļ, kas noārdīja polimēru ātrāk, nekā to darītu katrs mehānisms atsevišķi. Apvalks parādīja smalku plaisu modeli un izteiktu dzeltenumu, kas raksturīgs oksidatīvam uzbrukumam.
Oksidējošās skābes-slāpekļskābe, hromskābe, sērskābe augstā koncentrācijā un maisījumi, kas satur peroksīdus vai persulfātus-ir īpašs izaicinājums PTFE iegremdējamiem sildītājiem. Polimērs ir izturīgs pret oksidēšanu mērenā temperatūrā. Virs 90 grādiem oksidācijas un termiskā stresa kombinācija pārsniedz polimēra spēju pretoties.
PTFE oksidācijas mehānisms
PTFE ir izturīgs pret oksidēšanu, jo oglekļa -fluora saites ir spēcīgas un fluora atomi aizsargā oglekļa mugurkaulu. Tomēr paaugstinātā temperatūrā skābeklis vai oksidējošas vielas var uzbrukt polimēram vājās vietās -ķēdes galos, atlikušos piemaisījumus un ražošanas laikā radušos strukturālos defektus.
Uzbrukums rada karbonilfluorīdu un citas oksidētas sugas, kas izjauc polimēra ķēdi. Rezultāts ir ķēdes šķelšanās, kas samazina molekulmasu un mehānisko izturību. Virsma kļūst trausla un veidojas smalkas plaisas. Plaisas nodrošina ceļus tālākai caurlaidībai un uzbrukumam.
Oksidācijas ātrums ir atkarīgs no temperatūras, oksidējošo vielu koncentrācijas un katalizatoru, piemēram, metālu jonu, klātbūtnes. Dzelzs, varš un citi pārejas metāli var katalizēt PTFE oksidāciju, paātrinot noārdīšanos.
| Oksidējošā skābe | Koncentrēšanās | Temperatūra | Oksidācijas ātrums | PTFE kalpošanas laiks |
|---|---|---|---|---|
| Slāpekļskābe | 20% | 70 grādi | Zems | 3-5 gadi |
| Slāpekļskābe | 30% | 90 grādi | Mērens | 6-14 mēneši |
| Slāpekļskābe | 30% | 95 grādi | Augsts | 3-8 mēneši |
| Slāpekļskābe | 50% | 90 grādi | Ļoti augsts | 2-6 mēneši |
| Hromskābe | 20% | 90 grādi | Augsts | 4-10 mēneši |
| Sērskābe | 70% | 95 grādi | Vidēji – augsts | 6-14 mēneši |
| kas satur peroksīdu{0}} | 5% | 80 grādi | Augsts | 4-10 mēneši |
Oksidācijas ātrums un PTFE kalpošanas laiks oksidējošās skābes darbībā virs 90 grādiem
Oksidācijas un caurlaidības kombinētā iedarbība
Oksidācija un caurlaidība nav neatkarīgi. Oksidēšana rada virsmas plaisas un palielina polimēra caurlaidību. Caurlaidība ienes mitrumu un ķīmiju dziļāk polimērā, kur tie var reaģēt ar oksidētajām vietām. Abi mehānismi viens otru pastiprina.
Sildītājs oksidējošā skābē virs 90 grādiem var uzrādīt pakāpenisku izolācijas pretestības samazināšanos nedēļu laikā, kam seko pēkšņs kritums, kad plaisa iekļūst visā apvalka biezumā. Pēkšņs kritums bieži vien ir pirmā pazīme, ka kaut kas nav kārtībā. Līdz tam laikam polimērs ir degradējies vairākas nedēļas.
Kombinācija ir kaitīgāka nekā katrs mehānisms atsevišķi. Sildītājs ne-oksidējošā skābē tajā pašā temperatūrā var darboties divreiz ilgāk, jo polimērs netiek ķīmiski noārdīts-tikai caurstrāvots.
Temperatūra: dominējošais mainīgais
Oksidācijas ātrums aptuveni dubultojas par katru 10 grādu temperatūras paaugstināšanos. Sildītājs, kas darbojas 95 grādu temperatūrā, ir aptuveni četras reizes vairāk pakļauts oksidācijai nekā viens 75 grādu temperatūrā un astoņas reizes jutīgāks nekā 65 grādu temperatūrā.
Apvalka temperatūra ir vēl svarīgāka par tilpuma temperatūru. Sildītājs, kas darbojas 92 grādu tilpuma temperatūrā un apvalka temperatūru 110 grādi, pakļauj polimēru oksidācijas ātrumam, kas ir divas līdz četras reizes lielāks, nekā liecina tilpuma temperatūra. Vatu blīvuma samazināšana, lai pazeminātu apvalka temperatūru, ir visefektīvākais veids, kā pagarināt kalpošanas laiku.
Praktiskas vadlīnijas oksidējošām skābēm virs 90 grādiem
Slāpekļskābei ar koncentrāciju zem 20% un temperatūrām zem 70 grādiem PTFE iegremdējamais sildītājs darbojas labi un nodrošina pieņemamu kalpošanas laiku. Ja koncentrācija pārsniedz 30% vai 90 grādus, kalpošanas laiks ir īss, un jāapsver alternatīvi materiāli.
Hromskābei, kuras koncentrācija pārsniedz 20% vai 90 grādus, oksidācijas ātrums ir augsts, un sildītājs var neizdoties dažu mēnešu laikā. Atkarībā no ķīmijas piemērotāks var būt silīcija karbīds vai kvarcs.
Sērskābei ar koncentrāciju virs 70% un 95 grādiem augstas temperatūras, augstas koncentrācijas un oksidējošu apstākļu kombinācija izstumj polimēru ārpus tā praktiskajām robežām.
| Servisa stāvoklis | PTFE piemērotība | Ieteicamais vatu blīvums | Paredzamais kalpošanas laiks |
|---|---|---|---|
| 10-20% slāpekļskābes,<70°C | Lieliski | 1,2–1,5 W/cm² | 3-5 gadi |
| 20–30% slāpekļskābe, 70–90 grādi | Margināls | 0,8–1,0 W/cm² | 8-18 mēneši |
| 30–50% nitric acid, >90 grādi | Nav piemērots | - | <6 months |
| 10–20% hromskābe, 70–90 grādi | Margināls | 0,8–1,0 W/cm² | 6-14 mēneši |
| >20% chromic acid, >90 grādi | Nav piemērots | - | <6 months |
| >70% sulfuric acid, >95 grādi | Margināls | 0,8–1,0 W/cm² | 6-14 mēneši |
PTFE piemērotības un specifikācijas parametri oksidējošām skābēm virs 90 grādiem
Kad PTFE sasniedz savas robežas
PTFE sasniedz savas robežas oksidējošās skābes darbībā, ja temperatūra pārsniedz 90 grādus un koncentrācija ir augsta. Šādos apstākļos oksidācijas ātrums pārsniedz polimēra pretestības spēju, un kalpošanas laiks ir mazāks par vienu gadu.
Šajos lietojumos jāapsver alternatīvi materiāli. Silīcija karbīds nodrošina augstāku temperatūru un izturību pret oksidēšanu. Kvarcs ir piemērots slāpekļskābei un hromskābei, bet ne sārmainiem apstākļiem. Titāns labi darbojas slāpekļskābē, bet ne reducējošajās skābēs.
Kad pielāgota konfigurācija paplašina PTFE veiktspēju
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar ļoti zemu vatu blīvumu, biezu apvalku un uzlabotu piekļuvi plūsmai samazina apvalka temperatūru un oksidācijas ātrumu. Uzlabojums var pagarināt kalpošanas laiku no mēnešiem līdz vairāk nekā gadam, ja ir mazs oksidējošas skābes stāvoklis. Specifikācijas procesam ir nepieciešama skābes ķīmija, koncentrācija, darba temperatūra un nepieciešamā jauda. Iekārtām ar oksidējošām skābes vannām virs 90 grādiem šī lietojumprogrammas -specifiskā pieeja nodrošina risinājumu, kur standarta sildītāji var nebūt.
