Miksi metallissa{0}}viimeistelylinjassa käytetyn PFA-lämmittimen kaikkien kulmien ja terävien reunojen välisen säteen pitäisi olla?

Koska PVC:tä (polyvinyylikloridia) käytetään usein kemiallisessa käsittelyssä, niiden alhaisten kustannusten ja vahvan kemiallisen kestävyyden vuoksi erilaisia ​​happoja ja emäksiä vastaan. Mutta PVC:stä tehdään joustavaa lisäämällä pehmittimiä, yleensä ftalaatteja (DEHP, DINP, DIDP) tai muita kuin -ftalaatteja (DOA, TOTM). Nämä pehmittimet eivät ole kovalenttisesti sidottu PVC-matriisiin, ja niillä on taipumus siirtyä pintaan ajan myötä, erityisesti korkeissa lämpötiloissa (40–80 astetta). Pehmittimen siirtyminen PFA-lämmittimistä pehmitetyllä PVC{6}}päällystettyyn säiliöön Kun PFA-lämmitin upotetaan pehmitettyyn PVC{7}}vuoraukseen, pehmittimet kulkeutuvat nesteen läpi ja adsorboituvat PFA-pintaan. Pehmittimet ovat pienimolekyylipainoisia orgaanisia estereitä, jotka suurentavat PFA:n amorfisia osia, alentavat lasittumislämpötilaa (Tg) ja lisäävät ympäristöjännityshalkeilua (ESC). Nopeutettu testaus osoitti, että PFA joutuessaan kosketuksiin vaeltavien ftalaattipehmittimien kanssa 70 asteessa kehittää pintahalkeamia 3–5 kertaa nopeammin kuin pehmittimettömässä olosuhteissa. PVC-vuorauksista pehmittimien läsnäolo kiihdyttää PFA-lämmittimien pinnan halkeilua, erityisesti käytettäessä suurta wattitiheyttä (suurempi tai yhtä suuri kuin 3 W/cm2) tai lämpökiertoa käytettäessä.

PFA:n ja pehmittimen siirtomekanismin vuorovaikutus
Pehmittimet kulkeutuvat PVC:stä kolmen mekanismin kautta: pintadiffuusio (pehmitin kukkii vuorauksen pintaan ja liukenee prosessinesteeseen), liuotus (pehmitin uuttuu suoraan aggressiivisiin liuottimiin tai happoihin) ja höyryn -faasikuljetukset (pehmitin haihtuu vuorauksesta ja tiivistyy viileämmille pinnoille, mukaan lukien lämmittimen kylmille osille). Nesteeseen joutuessaan pehmittimiä kerääntyy. 1000 litran säiliössä, jossa on PVC-vuoraus 60 asteessa, ftalaattipitoisuus nestefaasissa voi saavuttaa 20-100 ppm 6 kuukauden kuluttua. Pehmittimen maksimipitoisuus löytyy läheltä vuorauksen pintaa (rajakerrosta), jonne PFA-lämmitin voidaan sijoittaa tasaista kuumennusta varten. Pehmitin tunkeutuu PFA-pinnan polymeerin amorfiseen alueeseen. PFA on 40-50 % amorfista. Pehmitinmolekyylit (molekyylipaino 300-500 Da) dispergoituvat näille amorfisille alueille ja toimivat liuottimena, joka pilkkoo polymeeriketjut ja alentaa ketjujen välistä kitkaa. Amorfisen faasin lasittumislämpötilaa lasketaan noin -15 astetta (puhdas PFA) -30 - -40 asteeseen (pehmitetty PFA). Tämä lisää joustavuutta huoneenlämpötilassa, mutta lisää myös polymeerin alttiutta ympäristöjännityshalkeilulle, koska amorfiset osat tunkeutuvat nyt helpommin syövyttävien aineiden läpi.

Ympäristöjännityshalkeilu on, kun jännitetty polymeeri (johtuen lämpölaajenemisesta, paineesta tai tuotannon jäännösjännityksestä) joutuu kosketuksiin pinta-aktiivisen aineen (pehmittimen) kanssa. Pehmitin vähentää pintaenergiaa helpottaakseen murtumien etenemistä niin, että halkeamat etenevät jännityksissä, jotka ovat paljon polymeerin tavanomaista myötörajaa pienemmät. ESC:n kriittinen jännitys PFA:ssa 30 % typpihapossa 80 asteessa ilman pehmittimiä on 5–7 MPa. Kriittinen jännitys laskee arvoon 2-3 MPa, kun läsnä on 50 ppm DEHP-pehmitintä. Lämmitin, jonka jäännösjännitys on 4 MPa laipan kulmassa (tyypillistä terävälle{12}}kulmaiselle rakenteelle), ei halkeile puhtaassa hapossa, mutta se halkeilee kuukausissa pehmittimen saastuttamassa hapossa.

Nopeutetun halkeilutestin tulokset
Plasticiser Type Concentration in Liquid (ppm) Temperature (° C)Time to First Visible Crack (PFA, 2 mm wall, 4 MPa applied stress) Cracking Rate vs. No Plasticiser Primary Mechanism None (control) 0 80 >5 000 tuntia (ei halkeamia) 1,0× Ei ESC DEHP (di-etyyliheksyyliftalaatti)10 80 1,200-1800 tuntia 3-4x Amorfinen turpoaminen + ESC DEHP 50 80 400-700 tuntia 7-12x Vaikea ESC
DEHP 100 80 150-300 tuntia 15-30X Nopea halkeilu
DINP (di-isononyyliftalaatti) 50 80 500-900 tuntia 6-10× Samanlainen kuin DEHP
DIDP (di-isodekyyliftalaatti) 50 80 600-1 000 tuntia 5-8× Suurempi molekyyli, hitaampi diffuusio
DOA (dioktyyliadipaatti, ei--ftalaatti) 50 80 800–1 200 tuntia 4–6× Ei yhtä aggressiivinen kuin ftalaatit
TOTM (trioktyylitrimellitaatti) 50 80 1,500–2500 tuntia 2–3× Vähäinen migraatio, suurempi molekyyli
Ftaalihappo (pehmittimen hajoamistuotteet)10 80 2,000-3000 tuntia 2× Tehokkaampi kuin peruspehmitin
Havaitseminen ja ehkäisy
PFA-lämmittimen pehmittimen aiheuttama halkeilu Esimerkki: (1) Halkeamat kehittyvät ensin lämmittimen puolelle, joka on kosketuksissa PVC-vuorauksen kanssa (puoli, jossa pehmitinpitoisuus on suurin). (2) Halkeamat ovat yleensä pieniä (0,1–0,5 mm syviä), lukuisia ja mielivaltaisesti suuntautuneita (lämpöväsymishalkeamat ovat kehämäisiä). (3) PFA-pinta voi tuntua hieman tahmealta tai öljyiseltä kosketettaessa adsorboituneen pehmittimen takia. (4) Prosessinesteellä voi olla korkea TOC (orgaaninen kokonaishiili) pehmittimen liukenemisen vuoksi. Analyysi vahvistusta varten: Pyyhkäise PFA-pinta liuottimella{10}}kostutetulla vanupuikolla (isopropanoli) ja analysoi GC{11}}MS:llä ftalaattien tai muiden pehmittimien varalta. Jos havainto on positiivinen ja yli 10 µg/cm², havaitaan huomattava pehmittimen kontaminaatio.

Ennaltaehkäisystrategiat: (1) Vaihda PVC-vuoraus pehmitettömällä vuorauksella (PP, PVDF, PFA tai PTFE). Pehmitteetön -PVC (jäykkä PVC, tyyppi I) on saatavilla, mutta sillä on vähemmän kemiallista kestävyyttä ja se on vähemmän joustava. 2) Pehmitinsulku: polyeteeni- tai polypropeenilevy (1–2 mm) PVC-vuorauksen ja säiliön sisällön välillä. Tämä este on päivitettävä vuosittain. (3) Suuri nesteen vaihtuvuus: jos säiliön nestettä vaihdetaan usein (esim. eräkäyttö tuoreella liuoksella joka sykli), pehmitinpitoisuus pysyy alhaisena (<5 ppm) reducing danger substantially. (4) Use a heater with lower surface stress : radius all corners (see Article #62), anneal to relieve residual stress, and operate at lower watt density (<2.5 W/cm²). A stress-free PFA surface is significantly more resistant to ESC even in the presence of plasticisers. (5) Add a filter (activated charcoal or polymeric adsorbent) to the tank recirculation loop for continuous removal of plasticisers.

Taloudellisin pitkän aikavälin ratkaisu olemassa oleviin asennuksiin, joissa on PVC-vuoraukset ja PFA-lämmittimet, jotka rikkoutuvat ennenaikaisesti, on korvata PVC-vuoraus PVDF:llä tai polypropeenilla (jos kemiallinen yhteensopivuus sen sallii). Vaipan vaihtokustannukset (5 000 – 15 000 lämmitintä 2 000 litraa kohti) katetaan tyypillisesti 2 – 3 vuodessa pienemmillä lämmittimen vaihdoilla (5 000 – 15 000 foorumia 2 000 litraa) tyypillisesti katetaan 2 – 3 vuodessa pienemmällä lämmittimen vaihdolla1, 500 – 20 4 vuodessa (500 – 4 vuodessa).=1 000 – 6 000 $/vuosi) sekä lyhennetyt seisokit. Jos vuorauksen vaihtaminen ei ole käytännöllistä, harkitse metallilämmitintä (titaani tai Hastelloy), joka ei ole pehmittimien ESC:n alainen. Titaanilämmittimet ovat 2-3 kertaa kalliimpia kuin PFA, mutta ne voivat olla kustannustehokkaita, jos PFA-lämmittimet rikkoutuvat 3–6 kuukauden välein pehmittimen halkeilun vuoksi.

Johtopäätös: Pehmittimet nopeuttavat PFA:n halkeilua suuressa määrin
PVC-säiliön vuorauksista kulkeutuvien pehmittimien läsnäolo nopeuttaa PFA-lämmittimen pintojen halkeilua ja vaurioitumisaika lyhenee kertoimella 3-30 pehmittimen sisällöstä, lämpötilasta ja lämmittimen jännitystasosta riippuen. Ftalaattipehmittimet (DEHP, DINP) ovat aggressiivisimpia aiheuttavat ympäristöjännityshalkeilua niinkin alhaisilla paineilla kuin 2-3 MPa. Pehmitetyillä PVC-vuorilla varustetuissa säiliöissä olevien PFA-lämmittimien käyttöiän on katsottava olevan huomattavasti lyhentynyt -, tyypillisesti 6–18 kuukautta 3–5 vuoden sijaan. Sen estämiseksi on poistettava pehmittimen lähde (PVC-vuoraus korvattava pehmittettömällä materiaalilla), asennettava sulku tai käytettävä pehmittimille herkkää lämmitinmateriaalia (titaani, kvartsi, piikarbidi). Jos säiliössä on olemassa olevat PVC-vuoraukset, PFA-lämmittimiä määrittävien insinöörien tulisi sisällyttää pehmitinanalyysi prosessinesteeseen ja harkita nopeutettuja vaihtoaikatauluja. PFA-lämmitin, joka halkeilee puhtaassa hapossa 4 vuoden kuluttua, voi halkeilla 4 kuukaudessa samassa hapossa, jossa on 50 ppm DEHP:tä PVC-vuorauksesta. Älä usko, että PFA on "kemiallisesti kestävää", joten se kestää pehmittimen tuottamaa ESC:tä. Pehmittimet eivät ole kemikaaleja, jotka vaikuttavat polymeerin runkoon, vaan ne vahingoittavat fyysistä rakennetta ja PFA on herkkä.