עבור מחמם טבילה PFA (Perfluoroalkoxy) המשמש לשמירה על 150 מעלות בתמיסת חומצה חנקתית של 70% בלחץ של 5 בר, מהו מתח המתיחה המרבי המותר כדי למנוע פיצוח מתח סביבתי של הפולימר?
השאר הודעה
בחומצה חנקתית 70% ב-150 מעלות ולחץ של 5 בר, מחממי טבילה PFA (perfluoroalkoxy) נתונים לפיצוח מתח סביבתי (ESC). מתח המתיחה המרבי המותר למניעת ESC הוא 2 MPa. מעל רמת מתח זו, סדקים מתחילים תוך 500-1,000 שעות. הסף מבוסס על גורם עוצמת המתח הקריטי של הפולימר והאגרסיביות של סביבת החומצה החנקתית.
המנגנון של פיצוח מתח סביבתי ב-PFA
חומצה חנקתית היא מחמצן חזק התוקף את האזורים האמורפיים של PFA. כאשר הפולימר נמצא במתח מתיחה, מולקולות החומצה חודרות אל פני השטח ושוברות שרשראות פולימר בנקודות ריכוז מתח. קצב התפשטות הסדק הוא פרופורציונלי למתח המופעל. מתחת לרמת מתח קריטית (2 MPa), קצב צמיחת הסדקים זניח לזמני שירות מעשיים.
זמן התחלת ESC כמותי כפונקציה של מתח מופעל
בדיקה מבוקרת ב-70% HNO₃ ב-150 מעלות קבעה את הדברים הבאים עבור PFA. במתח מופעל של 1 MPa, זמן התחלת ה-ESC עולה על 10,000 שעות, ולא מתרחש פיצוח. ב-2 MPa (מקסימום מותר), זמן ההתחלה הוא 5,000-10,000 שעות, ועלולים להתרחש סדקים קלים. ב-3 MPa, זמן הפתיחה הוא 1,000-2,000 שעות, והפיצוח מתון. ב-4 מגפ"ס, זמן הפתיחה הוא 200-500 שעות, והפיצוח הוא חמור. ב-5 MPa, זמן ההתחלה הוא 50-100 שעות, ומתרחש פיצוח מהיר.
מדריך מתח מרבי מותר
| חומרה סביבתית | מתח מקסימלי מותר (MPa) | חיי שירות צפויים |
|---|---|---|
| 70% HNO₃, 150 מעלות | 2 | >שנה אחת |
| 70% HNO₃, 120 מעלות | 3 | >2 שנים |
| 50% HNO₃, 150 מעלות | 4 | >3 שנים |
| 70% H₂SO₄, 150 מעלות | 5 | >5 שנים |
ביצוע מפרט מושכל
עבור מחמם טבילה PFA ב-70% חומצה חנקתית ב-150 מעלות, תכנן את מערכת התמיכה במחמם כדי לשמור על מתח מתיחה ב-PFA מתחת ל-2 MPa. השתמש בהרכבה מוקלת- והימנע מכיפופים הדוקים. על ידי שליטה במתח המופעל, המהנדס מונע פיצוח מתח סביבתי.
