Hvorfor har polymeren et hvitt krystallinsk overflatelag etter 500 timer og hvordan påvirker det termisk ledningsevne under en PFA-kappevarmer som opererer i 98 % svovelsyre ved 180 grader?

Etter eksponering for 98 % svovelsyre ved 180 grader i 500 timer, danner PFA (perfluoralkoksy) et hvitt, krystallinsk overflatelag. Den er sammensatt av høyt orienterte omkrystalliserte PFA-kjeder som har blitt glødet av den kombinerte effekten av varme og syre. Overflaterekrystalliseringen øker krystalliniteten til polymer fra 35–45 % (ekstrudert) til 55–65 % i overflatelaget. Det krystallinske laget viser en større termisk ledningsevne (0,35-0,40 W/mK) enn det amorfe området (0,20-0,25 W/mK), noe som fører til en samlet 15-25 % forbedring i varmeoverføring. Laget er stabilt og viser ikke tegn til forringelse.

Mekanisme av syre-indusert omkrystallisering av PFA

PFA er over glassovergangstemperaturen (160 grader), men under smeltetemperaturen (260 grader) ved 180 grader. Konsentrert svovelsyre mykner de amorfe områdene og resulterer i en reorganisering av polymerkjedene til mer ordnede, krystallinske strukturer. Omkrystallisering er en overflatehendelse (20–50 µm dyp) siden syren ikke kan diffundere dypere inn i polymeren. Den hvite fargen er forårsaket av spredning av lys fra krystallittene. Det ligner på gløding og forringer ikke mekanisk styrke.

Kvantitativ endring av krystallinitet og termisk ledningsevne

Følgende er blitt bestemt fra kontrollert testing av PFA i 98 % H2SO4 ved 180 grader. Tid (h) Overflatekrystallinitet (%) Bulk termisk konduktivitet (W/m·K) Overflateutseende 0 35–45 0.22–0,26 Gjennomskinnelig Overflatens krystallinitet er 45-50 % og termisk ledningsevne er 0,24-0,28 W/mK og overflaten er noe 100 timer etterpå. Overflatekrystalliniteten ved 500 timer er 55-65 %, den termiske ledningsevnen er 0,28-0,32W/m·K, og overflaten er hvit og ugjennomsiktig. Ved 1000 timer er overflatekrystalliniteten 60-70 %, varmeledningsevnen er 0,30-0,35 W/m·K og overflaten er helt hvit. Krystalliniteten stabiliserer seg i ca. 2000 timer og forblir deretter konstant.

Rekrystalliseringseffekt på mekaniske egenskaper

Eksponeringstid (timer) Overflatekrystallinitet (%) Bulkkrystallinitet (% )Strekkfasthetsretensjon (%forlengelsesretensjon % 0 35-45 35-45 100 100 100 45-50 38-45 98-100 95-100 500 55-65 40-48 95-100 90-95 1,000 60-70 42-50 90-98 85-90 2,000 65-70 45-52 90-95 80-85 Implikasjoner for varmerens ytelse

Dette krystallinske overflatelaget er bra for varmeoverføring på grunn av dets høyere varmeledningsevne. Det lille fallet i forlengelse ved brudd (80–85 % retensjon etter 2000 timer) er egnet for de fleste bruksområder. Flak-fri, skrell-fri. Ingen avbøtende nødvendighet. Varmeren kan fungere som normalt. Hvis en gjennomskinnelig overflate ønskes for visuell inspeksjon, kan et lett slipemiddel brukes for å fjerne belegget.

Etablere en godt-informert spesifikasjon

For en PFA-kappevarmer i 98 % svovelsyre ved 180 grader, kan du forvente å se et hvitt krystallinsk overflatelag etter 500 timer. Laget forbedrer den termiske ledningsevnen og indikerer ikke feil. Spesifiser standard PFA, ingen spesielle karakterer nødvendig. Ingeniøren vet at overflaterekrystallisering er en naturlig hendelse og unngår unødvendig utskifting av brukbare varmeovner.