Kuinka ennustaa PFA-lämmittimen jäljellä oleva käyttöikä toistuvien kuivaus{0}}palotapausten jälkeen huuhteluasemassa?

PFA-kapseloituja upotuslämmittimiä käytetään huuhteluasemissa puolijohteiden märkäkäsittelyssä, galvanointilinjoissa ja tarkkuuspuhdistusprosesseissa kylvyn lämpötilan pitämiseksi välillä 60-90 astetta. Säiliön tyhjennys, osittainen täyttö ja ylivuotojärjestelmän jaksotus ovat yleisiä ja aiheuttavat epäsäännöllisiä nestepinnan muutoksia näillä asemilla. Kun nestetaso on alhaisempi kuin aktiivisen lämmittimen pituus, PFA-vaippa menettää pääjäähdytyksen ja siirtyy kuiva{4}}palotilaan. PFA-pinnoitetuissa lämmittimissä ei ole välitöntä näkyvää ylikuumenemisen ilmaisinta, jota metallikoteloiduissa lämmittimissä on kuivakäytössä hehkuvana punaisena. Kuivakäytössä fluoripolymeeri lämpenee sisältä ja ulkopinnan lämpötila nousee normaalista 90-100 astetta 250-300 asteeseen 60-120 sekunnissa. Jokainen kuiva{14}}palotapahtuma aiheuttaa kumulatiivisia vaurioita PFA-kerrokseen: lämpölaajenemisen aiheuttamaa stressiä, molekyylien hajoamista ja mikroskooppisten onteloiden muodostumista. Jäljellä olevan käyttöiän ennustamiseksi lukuisten tapahtumien jälkeen on tarpeen arvioida jokaisen kuivapalotapahtuman vakavuus ja käyttää Arrheniuksen hajoamiskinetiikkaan perustuvaa kertymismallia.

Kuiva{0}}palotapahtumien lämpövauriomekanismit
PFA säilyttää mekaanisen eheytensä noin 260 asteeseen asti lyhytaikaisissa altistuksissa, mutta pitkäkestoinen yli 260 asteen altistus laukaisee kolme hajoamismekanismia. Ensimmäinen on polymeerirungon lämpöleikkaus. Yli 280 asteen lämpötilassa hiili-fluorisidokset alkavat katketa ​​havaittavissa olevalla nopeudella, mikä johtaa pieniin-molekyylipainoisiin-fragmentteihin, jotka diffundoituvat ulos polymeerimatriisista. Tämä menetelmä alentaa PFA:n keskimääräistä molekyylipainoa ja heikentää sen vetolujuutta ja murtovenymää. Laboratoriotermogravimetriset tutkimukset osoittivat, että PFA voi 300 asteessa haihtua 0,5-1,0 % massastaan ​​joka tunti. Materiaalin kestävyyttä murtumien etenemistä vastaan ​​on osoitettu vähentävän merkittävästi 10 minuutin kuivapalo-310 asteessa, mikä aiheuttaa molekyylipainon pienenemisen noin 5–8 %. Toinen vaihe on jäljellä olevien pääteryhmien tai prosessointikontaminanttien hapetus. Vaikka PFA kestää hyvin hapettumista hiilivetyihin verrattuna, kuivapolton aikana saavutetut erittäin korkeat lämpötilat sallivat ympäröivän hapen reagoida epävakaiden ketjunpäiden kanssa tuottaen karbonyylifluoridia ja muita lajeja, jotka katalysoivat lisähajoamista. Tämä hapetuskerros näkyy vaaleankeltaisena-ruskeana värjäytymänä pinnalla, yleensä ensimmäisen 2–3 kuivapalojakson aikana.

Kolmas ja rakenteellisesti haitallisin reitti on huokosten muodostuminen jäännöshaihtuvista aineista. PFA sisältää hiven kosteutta (100{4}}500 ppm), joka on imeytynyt ympäristöstä, ja pieniä määriä loukkuun jääneitä valmistusliuottimia. Tyypillisessä vedenalaisessa toiminnassa nämä haihtuvat aineet liukenevat polymeerimatriisiin. Kuivassa{10}}palossa nopea lämpötilan nousu saa kosteuden muuttumaan höyryksi paineissa, jotka ovat suurempia kuin polymeerin myötöraja, jolloin syntyy pieniä pallomaisia ​​onteloita, joiden keskimääräinen halkaisija on 5–20 µm. Nämä ontelot keskittävät mekaaniset jännitykset myöhemmän lämpökierron aikana ja toimivat aloituspaikkoina murtumien muodostumiselle. PFA-vaippojen pyyhkäisyelektronimikroskooppi kolmen 5 minuutin kuivapalon jälkeen 280 asteessa paljasti 100–300 tyhjää tilaa neliömillimetriä kohden seinämän paksuuden sisäkolmanneksessa, lähinnä metallin lämmitysydintä. Jokainen tyhjä paikka pienentää tehollista kantavuutta ja toimii myös jännityksen nostajana. Kun huokostiheys kasvaa yli noin 500 tyhjää tilaa/mm2, materiaalin väsymisikä lämpösyklin aikana laskee 10 000 jaksosta alle 500 jaksoon.

Vahinkojen määrä jokaiselle kuivalle{0}}palotapahtumalle
Kaikki kuivat{0}}palot eivät aiheuta samaa tuhoa. Heikkenemisnopeus määräytyy saavutetun vaipan maksimilämpötilan ja kriittisten kynnysarvojen ylittymisen perusteella. Tavallisen PFA-kapseloidun lämmittimen tapauksessa, jota käytetään 5 W/cm² 80-asteisessa vesihauteessa, vaipan lämpötila nousee ennustettavan käyrän mukaisesti, kun se poistetaan nesteestä. Kuivakäytön ensimmäisten 30 sekunnin aikana ulkopinta nousee 80 astetta 180 asteeseen. Lämpötila nostetaan 180 astetta 260 asteeseen 30 - 90 sekuntia. 90 sekunnin kuluttua lämpötila lähestyy PFA:n sulamisaluetta (305–315 astetta) ja lämmittimen sisäinen ylikuumenemissuoja tulee laueta. Kuiva{20}}palotapahtuma 30 sekunnin sisällä (huippulämpötila<180°C) causes little permanent damage, since the PFA remains far below its thermal breakdown threshold. A 30-60 s (peak temperature 180-240°C) event results in modest annealing of residual stress but little chain scission or void formation. The destructive regime begins after 60 seconds dry operation when the surface temperature is higher than 260°C. Based on the Arrhenius model, the acceleration factor for the degradation of PFA is around 12 for every 20°C increase above 260°C. In practice, a dry-fire event at 300°C for 2 minutes results in about identical cumulative degradation as 24 minutes at 260°C.

Kuiva{0}}palovaurioindeksi (DDI) on käytännöllinen tapa vertailla tapahtumia. DDI=t altistuminen ×exp[(T huippu -T ref )/T 0 ] missä T ref =260 aste , T 0 =18 aste (perustuu PFA:n lämpöhajoamisen aktivointienergiaan) ja t altistuminen on yli 200 asteen aika tunteina. Yksittäiselle tapahtumalle, jonka T-huippu on=280 aste 5 minuutin (0,083 tunnin) ajan, DDI=0.083 × exp[(20)/18]=0.083 × 3.04=0.25. Vakavampi tapahtuma, 310 asteen kulmassa 10 minuuttia (0,167 tuntia), johtaa DDI:hen {exp [{20}} {0}2}8 16.0=2.67. 50 lämmittimen nopeutettu käyttöiän testaus kontrolloiduilla kuiva{26}}palojaksoilla osoittaa, että kumulatiivinen DDI-kynnys ennen vikaa on noin 15–20 tavanomaiselle 1,5 mm:n PFA-vaipalle pesuasemapalvelussa. Kumulatiivisilla DDI-arvoilla alle 5 ei ole ilmeistä pinnan rappeutumista, ja mekaaniset ominaisuudet ovat edelleen 90 % sisällä alkuperäisistä arvoista. Pinnan värimuutoksia havaitaan DDI 5 ja 12 välillä, murtovenymä vähenee 30-50 % ja murtuman odotetaan alkavan 1 000-2 000 lisälämmitysjakson jälkeen. Jos DDI on yli 15, lämmitin on suuren riskin tilassa, jossa ylimääräinen lämpöjännitys, mukaan lukien tyypillinen tehonkierto, voi aiheuttaa seinän halkeilua ja sähkövuotoja.

Menetelmät jäljellä olevan käyttöiän arvioimiseksi kuivan tulipalon jälkeen.
Tarkin ennuste kuiva{0}}lämmitetyn lämmittimen jäljellä olevasta käyttöiästä, jolla ei ole dokumentaatiota tapahtumasta, on uhrautuvan yksikön tuhoava testaus. Leikkaa PFA-suojus kehämäisesti kolmesta kohdasta: lämmitetyn pituuden keskeltä, 5 cm kylmästä päästä ja mistä tahansa kohdasta, jossa on värimuutoksia. Tarkkaile poikkileikkausta-50–100-kertaisella suurennuksella. Laske aukot neliömillimetriä kohti seinämän paksuuden sisäpuoliskolla. Alle 50 tyhjää tilaa/mm2 oleva huokostiheys osoittaa vähäistä kertyneitä vaurioita (DDI < 5). Tiheys 50-200 tyhjää tilaa/mm2 vastaa kohtalaista vauriota (DDI 5-12). Tiheys, joka on suurempi kuin 200 tyhjää tilaa/mm2, vastaa suurta vauriota (DDI > 12). Tee myös taivutuskoe 10 mm leveälle vaippamateriaalin nauhalle sen jälkeen, kun olet poistanut metalliytimestä . 180 asteen taivutukset PFA:lla, alkuperäisellä tai vähäisellä vauriolla, rikkomatta noin 5 mm:n tuurnaa. Kohtalaiset{27}}vauriomateriaalin murtumat 90–120 asteen taivutuksen jälkeen. Materiaali, jossa on suuria vaurioita murtumassa, kun taivutetaan yli 30-45 astetta.

In{0}}in situ -arviointi voidaan tehdä -tuhoamattomalla kenttätestauksella. Kenttätestauksen tarkkuus on kuitenkin pienempi. Mittaa megaohmi-mittarilla sähköeristysvastus lämmityselementin ja maan välillä 500 V DC:llä. Uuden PFA-lämmittimen (kuiva) eristysvastus on yli 1000 MΩ. Tätä vähentävät mikroskooppiset tilat ja hiiltyneet hajoamistuotteet kuivan palovaurion jälkeen. 100 - 500 MΩ lukemat merkitsevät kohtalaista vauriota, vaikka järjestelmää voidaan käyttää turvallisesti lisävalvonnan avulla. Jos lukema on 10-100 M? vahinko on laaja ja epäonnistuminen on välitön. Jos lukema on alle 10 MΩ, lämmitin on vaihdettava välittömästi, koska maa{18}}vikasuoja ei välttämättä laukea luotettavasti näillä arvoilla. Käytä kontrolloidun virran{20}}testin aikana lämpökameraa, kun lämmitin on osittain upotettuna tietylle tasolle. Vertaa kuivan -poltetun osan pintalämpötilaa viereisen osan pintalämpötilaan, joka oli edellisissä tapahtumissa veden alla. Yli 15 C lämpötila-ero samalla tehonsyötöllä on osoitus pienemmästä lämmönsiirrosta, joka johtuu huokosten kertymisestä tai pinnan huonontumisesta. Tarkkaile tätä lämpötilaeroa ajan myötä, 5 asteen nousu kuukaudessa tarkoittaa lisääntyvää hajoamista.

Kumulatiivisten vahinkojen arviointi- ja korvaamisopas
Seuraava taulukko antaa päätöskehyksen huuhteluasemien PFA-lämmittimille, joissa on tallennettu tai arvioitu kuiva{0}}palohistoria, diagnostisten testien tulokset ja prosessin kriittisyys. Kaikki suositukset perustuvat siihen, että lämmittimessä ei ole ilmeisiä fyysisiä vaurioita, kuten palamista tai halkeilua.

Dokumentoitu kuiva{0}}palohistoria tai kumulatiivinen DDI-eristyksen vastus (500 V DC) Tyhjiötiheys (tyhjiötä/mm²) Suositeltu toimenpide ja odotettu jäljellä oleva käyttöikä
Ei tunnettua kuivaa{0}}paloa tai yksittäistä tapausta<30 seconds (DDI < 1) >1,000 MΩ <20 Normal operation Life expectancy is greater than 20,000 operating hours. Special monitoring: None.
1–3 pulssia, kukin 30–90 sekuntia (DDI 1–5) 500–1000 MΩ 20–50 Jatka käyntiä.