כאשר מחמם נדן PFA (Perfluoroalkoxy) משמש להרתחה של 37% חומצה הידרוכלורית ב-85 מעלות, מהו עובי הקיר המרבי המותר כדי למנוע פירוק תרמי של הפולימר בממשק חוט ההתנגדות?
השאר הודעה
בהרתחה של חומצה הידרוכלורית של 37% ב-85 מעלות, מחממי נדן PFA (perfluoroalkoxy) מסתמכים על העמידות הכימית של הפולימר. עם זאת, הטמפרטורה בממשק חוט ההתנגדות גבוהה מטמפרטורת החומצה בתפזורת עקב שטף החום. PFA מתחיל להתרכך ב-260 מעלות ומתכלה במהירות מעל 300 מעלות. עובי הדופן המרבי המותר לשמור על טמפרטורת ממשק החוט מתחת ל-260 מעלות הוא 1.0 מ"מ עבור צפיפות הספק של 10 W/cm². קירות עבים יותר מגבירים את ירידת הטמפרטורה על פני ה-PFA, מעלים את טמפרטורת החוט וגורמים לפירוק פולימר.
המנגנון של השפלה תרמית במעטפות PFA
ירידת הטמפרטורה על פני דופן ה-PFA היא ΔT=(q × t) / k, כאשר q הוא שטף חום, t הוא עובי הקיר, ו-k הוא מוליכות תרמית של PFA (0.25 W/m·K). עבור טמפרטורת חומצה בתפזורת של 85 מעלות, קיר של 1.0 מ"מ ב-10 W/cm² נותן ΔT=(100,000 × 0.001) / 0.25=400 מעלות, וכתוצאה מכך טמפרטורת חוט של 485 מעלות -הרבה מעל נקודת הריכוך של 260 מעלות. עם זאת, יש לחשב נכון את טמפרטורת החוט; הנוסחה לעיל מראה שאפילו 1.0 מ"מ הוא עבה מדי. בפועל, מחממי PFA דורשים קירות דקים בהרבה.
טמפרטורת חוט כמותית כפונקציה של עובי דופן
להרתחה של 37% HCl ב-85 מעלות עם צפיפות הספק של 10 W/cm²:
| עובי קיר (מ"מ) | ΔT על פני PFA ( תואר ) | טמפרטורת חוט (מעלה) | מצב PFA |
|---|---|---|---|
| 0.2 | 80 | 165 | כַּסֶפֶת |
| 0.3 | 120 | 205 | כַּסֶפֶת |
| 0.4 | 160 | 245 | בטוח (קרוב לגבול) |
| 0.5 | 200 | 285 | השפלה מתחילה |
| 0.6 | 240 | 325 | השפלה חמורה |
| 0.8 | 320 | 405 | כישלון מהיר |
מדריך עובי קיר מקסימלי המותר
| צפיפות הספק (W/cm²) | עובי דופן מרבי (מ"מ) עבור טמפ' חוט<260°C | קיר מומלץ (מ"מ) |
|---|---|---|
| 5 | 0.7 | 0.5 |
| 8 | 0.45 | 0.4 |
| 10 | 0.35 | 0.3 |
| 12 | 0.3 | 0.25 |
| 15 | 0.25 | 0.2 |
ביצוע מפרט מושכל
עבור מחמם PFA ברתיחה של 37% HCl ב-85 מעלות, ציין עובי דופן של 0.3-0.4 מ"מ כדי לשמור על טמפרטורת החוט מתחת ל-260 מעלות ב-10 W/cm². קירות עבים יותר יגרמו לפגיעה תרמית של ה-PFA בממשק החוט. על ידי שליטה בעובי הדופן, המהנדס מונע כשל בפולימר.
