Kāpēc PFA sildītājs ar gludu ārējo virsmu var izturēt plaisāšanu augstas{0}}tīrības amonjaka tvaikos labāk nekā teksturēts?

PFA ir mēreni vai ļoti naidīgs pret amonjaka tvaiku (NH3) tīrību 50–100 grādu temperatūrā, izraisot polimēra vides sprieguma plaisāšanu (ESC) stiepes sprieguma apstākļos. Gludā ārējā virsma (Ra < 0,2 µm) ir par 3- 5 reizes izturīgāka pret plaisām nekā teksturētā virsma (Ra > 0,8 µm) ar tādu pašu spriegumu un amonjaka iedarbību. Process ir stresa koncentrācija: teksturētām virsmām ir mikroskopiskas virsotnes un ielejas, kas paaugstina stresu. Ar pielietotām slodzēm (termiskā izplešanās, spiediens, atlikušais spriegums) ielejas dibeni būs sprieguma koncentratori ar Kt vērtībām 2-5x. Šajās vietās ar augstu spriegumu amonjaka tvaiki galvenokārt adsorbējas, samazinot sistēmas virsmas enerģiju, kas nepieciešama plaisu radīšanai. Gludai virsmai nav sprieguma koncentratoru; pielietotais spriegums ir vienmērīgs un zemāks par ESC kritisko spriegumu. Amonjaka tvaiku apkalpošanai nodrošina gludu PFA virsmu, pulētu vai ekstrudētu.

Amonjaka izraisīta vides stresa plaisāšana
Amonjaks ķīmiski nereaģē ar PFA (nav ķēdes šķelšanās vai oksidēšanās temperatūrā, kas zemāka par 120 grādiem). Tas faktiski ir stresa krekinga līdzeklis. Amonjaka molekulas ir niecīgas (kinētiskais diametrs 0,26 nm) un ļoti polāras. Tie izkliedējas amorfos PFA reģionos un pārtrauc van der Vāla mijiedarbību starp ķēdēm. Amonjaka -plastificētais apgabals stiepes spriegumā (tikai 2–3 MPa) lokāli padodas un veido neprātu. Trakums kļūst par plaisu. Sprieguma koncentrācija virsmas iezīmēs samazina ESC kritisko spriegumu amonjakā no 3–5 MPa gludam PFA līdz tikai 1–2 MPa teksturētam PFA. Sildītājs ar atlikušo spriegumu 4 MPa (no ekstrūzijas dzesēšanas) var izdzīvot amonjakā, ja tas ir gluds, bet saplīst dažu nedēļu laikā, ja tas ir teksturēts.

Virsmas raupjums veido robus. V- formas rievai ar dziļumu d un saknes rādiusu r sprieguma koncentrācijas koeficients Kt ≈ 1+2√ dr . Tipiskai teksturētai virsmai (Ra=0.8 µm, r ≈ 0,5 µm, d ≈ 2 µm) iegūstam Kt ≈ 1 + 2√(2/0,5)=1 + 2√4=1 + 4=5. Nominālais spriegums 4 MPa pie rievas{1} tiek palielināts līdz 40 MPa}. PFA tecēšanas robeža. Plaisas sākas dažu stundu laikā.

Izturība pret plaisāšanu salīdzinājumā ar virsmas raupjumu NH3 tvaiki (80 grādi, 1 bar)
Virsmas stāvoklis Ra (µm) Kt (maks.) 4 MPa Spriegums 1. Plaisa (stundās) Kritiskā spriedze ESC (MPa) Atteices veids
Polished (mirror finish) 0.05–0.1 1.1–1.2 >10 000 (bez plaisām) 5–6 Nav (pārbaudes robežās)
Ekstrudēta (gluda) no 0,2 līdz 0.3 1.3 līdz 1.5 5,000 līdz 8,000 4 līdz 5 Tracinoša, labi
Ekstrūdēta (parasta) 0.4-0.6 1.8-2.2 1,500-3,000 3-4 Vairākas smalkas plaisas
Apstrādāta ar smilšu strūklu (smalki) 0,8–1.2 3–5 200–500 1.5–2,5 Viena dominējošā plaisa
Apstrādāta ar smilšu strūklu (raupja) 1,5–2.5 5–8 50–150 1.0–1,5 Ātri plaisāšana
Mehāniski apstrādātas (instrumentu zīmes) 0,5–1,5 (virziena) 4–10 20–100 0.5–1,0 Plaisas gar instrumentu marķējumiem
Ķīmiski kodināts 0,6–1.0 2–4 300–800 2–3 Mērens plaisāšana
Gludas virsmas: kāpēc tās ir svarīgas amonjaka pakalpojumam
Papildus sprieguma koncentrācijai plakanajām virsmām ir mazāk amonjaka adsorbcijas vietu. Amonjaka molekulas galvenokārt kondensējas mazās plaisās (kapilārā kondensācija). Kondensētajam amonjakam ir lielāka koncentrācija un ilgāks kontakta ilgums, kas paātrina plastificēšanos. Gludā virsma bez spraugām samazina amonjaka uzsūkšanos, un līdz ar to polimēra virsma paliek samērā sausa.

Gludās virsmas arī ļauj pamanīt visas agrāk radušās plaisas. Uz raupjas virsmas nelīdzenumā ir ieraktas nelielas plaisas; kad tie ir acīmredzami, tie ir dziļi. Labā apgaismojumā uz gludas virsmas var redzēt 0,1 mm plaisu, lai to varētu nomainīt pirms bojājuma.

Amonjaka apkopes virsmas sagatavošana
PFA sildītājiem amonjaka tvaiku apkalpošanai norādiet:

Virsmas apdare: Ra 0,3 µm, ko nosaka ar profilometru saskaņā ar ISO 4287.

Pēc ekstrūzijas nav slīpēšanas vai lodītes.

Pārbaude: katrai ražošanas partijai pieprasiet virsmas raupjuma pierādījumu.

Pulēšana noņem 0,05-0,1 mm PFA, tādējādi samazinot sienas biezumu. Pulēšana var padarīt apvalku pārāk plānu 1,5 mm sienai. Vispirms labāk definēt gludumu.

Lauka piemērs