Каково максимально допустимое растягивающее напряжение для погружного нагревателя PFA (перфторалкокси), используемого для поддержания температуры 150 градусов в 70% растворе азотной кислоты при давлении 5 бар, чтобы предотвратить растрескивание полимера под воздействием окружающей среды?
Оставить сообщение
В 70% азотной кислоте при 150 градусах и давлении 5 бар погружные нагреватели PFA (перфторалкокси) подвержены растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESC). Максимально допустимое растягивающее напряжение для предотвращения ESC составляет 2 МПа. При превышении этого уровня напряжения трещины возникают в течение 500–1000 часов. Порог основан на критическом коэффициенте интенсивности напряжений полимера и агрессивности среды азотной кислоты.
Механизм растрескивания под воздействием окружающей среды в PFA
Азотная кислота является сильным окислителем, разрушающим аморфные области PFA. Когда полимер находится под растягивающим напряжением, молекулы кислоты проникают на поверхность и разрывают полимерные цепи в точках концентрации напряжений. Скорость распространения трещины пропорциональна приложенному напряжению. Ниже критического уровня напряжения (2 МПа) скорость роста трещин незначительна для практического срока службы.
Количественное время инициации ЭСК как функция приложенного стресса
Контролируемые испытания в 70% HNO₃ при 150 градусах установили для PFA следующее. При приложенном напряжении 1 МПа время инициирования ЭРК превышает 10 000 часов, растрескивание не происходит. При давлении 2 МПа (предельно допустимое) время инициирования составляет 5000-10000 часов, возможно возникновение незначительного растрескивания. При 3 МПа время инициирования составляет 1000-2000 часов, растрескивание умеренное. При давлении 4 МПа время инициирования составляет 200-500 часов, а растрескивание сильное. При 5 МПа время инициирования составляет 50-100 часов, происходит быстрое растрескивание.
Руководство по максимально допустимому растягивающему напряжению
| Экологическая серьезность | Максимально допустимое напряжение (МПа) | Ожидаемый срок службы |
|---|---|---|
| 70% HNO₃, 150 градусов | 2 | >1 год |
| 70% HNO₃, 120 градусов | 3 | >2 года |
| 50% HNO₃, 150 градусов | 4 | >3 года |
| 70% H₂SO₄, 150 градусов | 5 | >5 лет |
Создание обоснованной спецификации
Для погружного нагревателя PFA в 70% азотной кислоте при температуре 150 градусов спроектируйте систему поддержки нагревателя так, чтобы растягивающее напряжение в PFA не превышало 2 МПа. Используйте монтаж,-снимающий напряжение, и избегайте резких изгибов. Контролируя приложенное напряжение, инженер предотвращает растрескивание под воздействием окружающей среды.
