Hvorfor kan en PFA-varmer med en jevn ytre overflate motstå sprekker i høy-renhet av ammoniakkdamp bedre enn en teksturert?

PFA er moderat til svært fiendtlig mot ammoniakkdamp (NH3) renhet ved 50–100 grader, og induserer miljøspenningssprekker (ESC) av polymeren under strekkspenning. Den glatte ytre overflaten (Ra < 0,2 µm) er 3-5x mer sprekkbestandig enn den teksturerte overflaten (Ra > 0,8 µm) ved samme spennings- og ammoniakkeksponering. Prosessen er spenningskonsentrasjon: teksturerte overflater har mikroskopiske topper og daler som øker spenningen. Ved påførte belastninger (termisk ekspansjon, trykk, restspenning) vil dalbunnene være spenningskonsentratorer med Kt-verdier på 2-5x. I disse høyspenningsstedene adsorberer ammoniakkdamp fortrinnsvis, og reduserer overflateenergien til systemet som er nødvendig for å starte sprekker. En glatt overflate har ingen stresskonsentratorer; den påførte spenningen er jevn og under den kritiske spenningen for ESC. For ammoniakkdamp-service, gi en glatt PFA-overflate, polert eller ekstrudert.

Ammoniakk-indusert miljøpåkjenning
Ammoniakk reagerer ikke kjemisk med PFA (ingen kjedeklipp eller oksidasjon ved temperaturer under 120 grader). Det er faktisk et stresscrackingmiddel. Ammoniakkmolekyler er små (0,26 nm kinetisk diameter) og veldig polare. De sprer seg i amorfe regioner av PFA og bryter van der Waals-interaksjoner mellom kjeder. Den ammoniakk-plastifiserte regionen gir seg lokalt under strekkspenning (så lite som 2-3 MPa) og danner et vanvidd. Mani blir en sprekk. Spenningskonsentrasjoner ved overflatefunksjoner senker den kritiske spenningen for ESC i ammoniakk fra 3–5 MPa for glatt PFA til bare 1–2 MPa for teksturert PFA. En varmeovn med restspenning på 4 MPa (fra ekstruderingskjøling) kan overleve i ammoniakk hvis den er glatt, men knuses på uker hvis den er strukturert.

Overflatens ruhet danner hakk. For et V--formet spor med dybde d og rotradius r, er spenningskonsentrasjonsfaktoren Kt ≈ 1+2√ dr . For en typisk teksturert overflate (Ra=0.8 µm, r ≈ 0,5 µm, d ≈ 2 µm) får vi Kt ≈ 1 + 2√(2/0,5)=1 + 2√4=1 + 4=5. Den nominelle spenningen til 4 gro 2 MPa{11} økes til 4 gro 2 MPa brønn PFAs flytegrense. Sprekker begynner i løpet av noen timer.

Sprekkemotstand vs. overflateruhet NH3-damp (80 grader, 1 bar)
Overflatetilstand Ra (µm) Kt (maks) 4 MPa Spenning 1. sprekk (timer) Kritisk spenning ESC (MPa) Feiltype
Polished (mirror finish) 0.05–0.1 1.1–1.2 >10 000 (ingen sprekker) 5–6 Ingen (innenfor testgrenser)
Ekstrudert (glatt) 0,2 til 0.3 1.3 til 1.5 5,000 til 8,000 4 til 5Crazing, fint
Som ekstrudert (normal) 0.4-0.6 1.8-2.2 1,500-3,000 3-4 Flere fine sprekker
Sandblåst (fin) 0,8–1.2 3–5 200–500 1.5–2,5 Enkel dominerende sprekk
Sandblåst (grov) 1,5–2.5 5–8 50–150 1.0–1,5 Sprekker raskt
Maskinert (verktøymerker) 0,5–1,5 (retningsbestemt) 4–10 20–100 0.5–1,0 Sprekker langs verktøymarkeringer
Kjemisk etset 0,6–1.0 2–4 300–800 2–3 Moderat oppsprekking
Glatte overflater: hvorfor de er viktige for ammoniakkservice
Foruten spenningskonsentrasjonen har de flate overflatene færre steder for ammoniakkadsorpsjon. Ammoniakkmolekyler kondenserer fortrinnsvis i små sprekker (kapillær kondensasjon). Den kondenserte ammoniakken har en større konsentrasjon og lengre kontaktvarighet, noe som akselererer plastifiseringen. Den glatte, spalte-frie overflaten reduserer absorpsjonen av ammoniakk og dermed forblir polymeroverflaten rimelig tørr.

Glatte overflater gjør det også mulig å oppdage eventuelle sprekker som dannes tidligere. På en ru overflate er det begravd små sprekker i ruheten; når de er tydelige er de dype. En sprekk så liten som 0,1 mm kan sees i godt lys på en glatt overflate, slik at den kan skiftes ut før feil.

Forbehandling av ammoniakkoverflate
Spesifiser for PFA-varmere for ammoniakkdamptjeneste:

Overflatefinish: Ra 0,3 µm bestemt med profilometer i henhold til ISO 4287.

Ingen sliping eller perler etter ekstruderingen.

Verifikasjon: Be om overflateruhetsbevis for hvert produksjonsparti.

Polering fjerner 0,05-0,1 mm PFA, og reduserer dermed veggtykkelsen. Polering kan gjøre kappen for tynn for en 1,5 mm vegg. Bedre å definere glatt i utgangspunktet.

Eksempel på felt