Praskliny bez chemického útoku Pochopenie praskania vplyvom prostredia v ohrievačoch PTFE

Po 18 mesiacoch používania vytvoril PTFE ponorný ohrievač v čistiacom roztoku s neutrálnym pH s neiónovými povrchovo aktívnymi látkami siete jemných povrchových zlomov. Praskliny boli väčšinou na vonkajších okrajoch U-ohybov a na miestach montáže prírub, kde sa plášť dotýkal podporných svoriek. Tabuľky chemickej kompatibility ukázali, že roztok bol úplne inertný voči PTFE, prevádzkové teploty zostali pod 110 stupňov a nevyskytli sa žiadne príznaky oxidačnej degradácie alebo hromadného napadnutia. Počas prevádzky nedošlo k výraznému mechanickému zaťaženiu. Ale integrita plášťa sa porušila presne tam, kde bolo veľké zvyškové napätie v ťahu. Tento model sa často stáva inžinierom v oblasti materiálov a spoľahlivosti a musia sa naučiť, ako zabrániť vzniku trhlín spôsobených vplyvom prostredia v systémoch ohrievačov PTFE.

K praskaniu vplyvom vonkajšieho napätia (ESC) dochádza, keď malé množstvá ťahového napätia interagujú s určitými chemickými podmienkami, aby sa začali a šírili zlomeniny. Ani jeden faktor sám o sebe nespôsobuje škody. PTFE, rovnako ako všetky semikryštalické polyméry, je veľmi odolný voči čistému mechanickému preťaženiu a chemickému napadnutiu, keď každý z nich pôsobí samostatne. Keď sa však niektoré tekutiny zmiešajú, môžu pôsobiť ako stres-praskajúce látky. Tieto činidlá žiadnym spôsobom nerozkladajú ani nerozpúšťajú objemovú polymérnu matricu. Namiesto toho robia amorfné oblasti na špičkách trhlín pružnejšie, čím sa znižujú medzimolekulové tlaky a energia potrebná na preklzávanie reťazcov a koalescenciu mikro-pôr. K šíreniu trhlín teda dochádza, keď sú napätia oveľa nižšie ako krátkodobá medza klzu materiálu- v ťahu, ktorá je zvyčajne spôsobená iba výrobou alebo inštaláciou.


Povrchovo aktívne látky, najmä etoxylované ne{0}}iónové a aniónové formy nachádzajúce sa v čistiacich roztokoch a procesných prísadách, sú bežnými-krakovacími činidlami pre fluórované polyméry. Pri vysokých teplotách pôsobia niektoré organické rozpúšťadlá, ako sú alkoholy, ketóny alebo aromatické uhľovodíky, rovnakým spôsobom. Niektoré procesné prísady, ako sú amíny a fluórované zmáčadlá, môžu potenciálne spôsobiť ESC. Testy v laboratóriu odhaľujú, že interakcia je skutočná: vzorky PTFE, ktoré boli roky vo vode, nevykazujú žiadnu zmenu, ale vzorky, ktoré boli vo vode s kontrolovaným zaťažením ťahom, vykazujú trhliny v priebehu týždňov. Tento jav sa spolieha výlučne na súčasné vystavenie stresu a droge.

Morfológia trhliny poskytuje odlišné diagnostické indikátory. ESC vytvára malé, často rozvetvené trhliny, ktoré sledujú smer najväčšieho ťahového napätia. Na plášťoch ohrievačov z PTFE sa tieto trhliny začínajú na vonkajšej strane vyrobených ohybov, kde procesy tvárnenia za studena-zablokujú najväčšie zvyškové napätie. Ďalšími miestami, kde môže dôjsť k lokalizovanému namáhaniu, sú upínacie príruby a podperné kontaktné zóny, kde to môže spôsobiť montážny moment alebo tepelná rozťažnosť. Pri pohľade pomocou optického alebo rastrovacieho elektrónového mikroskopu vyzerajú lomové povrchy pomerne hladké s fibrilárnym vyťahovaním-. Nevykazujú jamky, bielenie alebo stratu materiálu, ku ktorému dochádza počas oxidačného útoku. Preriedenie steny nemá veľký význam, pokiaľ sa veľa trhlín nespojí a neprepustí vodu.

Ak chcete zastaviť praskanie vplyvom prostredia, musíte optimalizovať mechanickú konštrukciu a vykonať chemické skríningy. Prvým krokom pri znižovaní zvyškového napätia je uistiť sa, že ohrievač má správny tvar. Napríklad zadanie väčších polomerov ohybu-aspoň trojnásobok priemeru plášťa-veľmi zníži maximálne ťahové napätia v porovnaní s minimálnymi 1,5× polomermi, ktoré sa bežne používajú pri nízkom{5}}namáhaní. Žíhanie na-namáhanie sa po tvarovaní a pred odoslaním zbavuje výrobného napätia, ktoré uviazlo na mieste. Inštalačné postupy musia minimalizovať nadmerné{9}}upínanie alebo ostré kontaktné hrany; súvislé podporné konzoly a expanzné slučky pomáhajú ešte viac rozložiť napätie. V skutočnosti sa praskliny ESC bežne objavujú v ohrievačoch, ktoré boli pred inštaláciou príliš tesne ohnuté. Vďaka tomu je zvyškové napätie vysoké, čo potom môže použiť mierne chemické prostredie.

V prípade kvapalín normy spoľahlivosti hovoria, že by ste mali nájsť látky, ktoré môžu spôsobiť praskanie-napätím, vyhodnotením namáhaných vzoriek namiesto použitia typických tabuliek kompatibility. Pretože ESC vyžaduje súčasné mechanické zaťaženie, všeobecné tabuľky zvyčajne nehovoria o riziku. Potrebné údaje pochádzajú z cielených ponorných testov vykonaných pri správnej teplote, koncentrácii a polomeroch ohybu. Keď sa nájdu činidlá, populárny spôsob, ako ich zastaviť, je použiť ohrievače s väčšími polomermi ohybu a uistiť sa, že sú primerane podopreté, aby sa znížila koncentrácia mechanického napätia po celej dĺžke prvku.

Praskanie vplyvom prostredia je skutočným poruchovým režimom PTFE ohrievačov, ale dá sa mu vyhnúť. Vyžaduje si to súčasné skúmanie mechanických a chemických faktorov namiesto samostatného hodnotenia každého z nich. Po splnení všeobecných obmedzení kompatibility a teploty sa najdôležitejšími konštrukčnými faktormi stávajú zvyškové napätie, šírenie trhlín, činidlá spôsobujúce praskanie napätím{2}} a polomer ohybu. V prípade procesov, ktoré môžu zahŕňať činidlá spôsobujúce praskanie napätia-, môže rozhovor s výrobcom ohrievača o špecializovaných stupňoch materiálov, ako sú modifikované kopolyméry PTFE vyrobené tak, aby boli odolnejšie, alebo vlastné konštrukčné prvky, ako sú zabudované-napätie-uvoľňujúce návleky, pridať ďalšie bezpečnostné rezervy. Starostlivým oslovením oboch prispievateľov k praskaniu vplyvom prostredia, materiálov a spoľahlivosti inžinieri premenia predtým mätúci mechanizmus zlyhania na plne kontrolovanú časť špecifikácie a životnosti PTFE ohrievača.