چرا یک بخاری PFA با سطح بیرونی صاف می‌تواند در برابر ترک خوردگی در بخار آمونیاک{0} با خلوص بالا بهتر از یک بخاری بافت مقاوم باشد؟

PFA نسبت به خلوص بخار آمونیاک (NH3) در دمای 50-100 درجه نسبتاً تا بسیار خصمانه است و باعث ایجاد ترک خوردگی استرس محیطی (ESC) پلیمر تحت تنش کششی می شود. سطح بیرونی صاف (Ra < 0.2 میکرومتر) در همان تنش و قرار گرفتن در معرض آمونیاک، 3{11}}5× نسبت به سطح بافتدار (Ra > 0.8 میکرومتر) در برابر ترک مقاوم‌تر است. فرآیند تمرکز تنش است: سطوح بافت دار دارای قله ها و دره های میکروسکوپی هستند که باعث افزایش تنش می شوند. با بارهای اعمال شده (انبساط حرارتی، فشار، تنش پسماند) کف دره متمرکز کننده تنش با مقادیر Kt 2-5x خواهد بود. در این مکان‌های پر استرس، بخار آمونیاک ترجیحاً جذب می‌شود و انرژی سطحی سیستم لازم برای شروع ترک‌ها را کاهش می‌دهد. یک سطح صاف هیچ متمرکز کننده تنش ندارد. تنش اعمال شده یکنواخت و کمتر از تنش بحرانی برای ESC است. برای سرویس بخار آمونیاک یک سطح PFA صاف، صیقلی یا اکسترود شده ارائه دهید.

ترک خوردگی استرس محیطی ناشی از آمونیاک
آمونیاک با PFA واکنش شیمیایی نمی دهد (بدون بریدگی یا اکسیداسیون زنجیره ای در دمای زیر 120 درجه). در واقع یک عامل ترک استرس است. مولکول های آمونیاک بسیار کوچک (قطر جنبشی 0.26 نانومتر) و بسیار قطبی هستند. آنها در نواحی آمورف PFA پراکنده می شوند و فعل و انفعالات واندروالسی بین زنجیره ها را می شکنند. منطقه پلاستیسیته شده با آمونیاک به صورت موضعی تحت تنش کششی (در حد 2-3 مگاپاسکال) تسلیم می شود و یک جنون ایجاد می کند. شوق تبدیل به ترک می شود. غلظت تنش در ویژگی های سطحی، تنش بحرانی برای ESC در آمونیاک را از 3-5 مگاپاسکال برای PFA صاف به تنها 1-2 مگاپاسکال برای PFA بافت دار کاهش می دهد. بخاری با تنش پسماند 4 مگاپاسکال (از خنک کننده اکستروژن) در صورت صاف بودن ممکن است در آمونیاک زنده بماند، اما اگر بافت داشته باشد در عرض چند هفته متلاشی می شود.

زبری سطح بریدگی ایجاد می کند. برای یک شیار V شکل با عمق d و شعاع ریشه r، ضریب تمرکز تنش Kt ≈ 1+2√ dr. برای یک سطح بافت معمولی (Ra=0.8 میکرومتر، r ≈ 0.5 میکرومتر، d ≈ 2 میکرومتر) Kt ≈ 1 + 2√(2/0.5)=1 + 2√4=1 + 4=5. تنش اسمی 4 مگاپاسکال در بیش از 20 مگاپیکسل فواول ریشه به {14}MPa افزایش یافته است. قدرت تسلیم ترک ها در عرض چند ساعت شروع می شوند.

مقاومت در برابر ترک خوردگی در مقابل زبری سطح بخار NH3 (80 درجه، 1 بار)
وضعیت سطح Ra (μm) Kt (حداکثر) 4 مگاپاسکال تنش ترک اول (ساعت) تنش بحرانی ESC (MPa) نوع شکست
Polished (mirror finish) 0.05–0.1 1.1–1.2 >10000 (بدون ترک) 5-6 هیچ (در محدوده تست)
اکسترود شده (صاف) 0.2 تا 0.3 1.3 تا 1.5 5،000 تا 8،000 4 تا 5Crazing، خوب
به صورت اکسترود شده (عادی) 0.4-0.6 1.8-2.2 1،500-3،000 3-4 ترک های ریز متعدد
سندبلاست (ریز) 0.8–1.2 3–5 200–500 1.5–2.5 تک ترک غالب
سندبلاست (زمخت) 1.5–2.5 5–8 50–150 1.0–1.5 ترک‌خوردگی سریع
ماشینکاری شده (علامت ابزار) 0.5–1.5 (جهت دار) 4–10 20–100 0.5–1.0 ترک در امتداد علامت ابزار
حکاکی شیمیایی 0.6–1.0 2–4 300–800 2–3 ترک متوسط
سطوح صاف: چرا برای خدمات آمونیاک اهمیت دارند
علاوه بر غلظت تنش، سطوح مسطح مکان‌های کمتری برای جذب آمونیاک دارند. مولکول های آمونیاک ترجیحاً در شکاف های کوچک متراکم می شوند (تراکم مویرگی). آمونیاک تغلیظ شده دارای غلظت بیشتر و مدت تماس طولانی تری است که باعث تسریع در پلاستیک شدن می شود. سطح صاف و بدون شکاف{3}}جذب آمونیاک را کاهش می دهد و از این رو سطح پلیمر به طور معقولی خشک می ماند.

سطوح صاف همچنین این امکان را فراهم می کند که ترک هایی را که زودتر ایجاد می شود شناسایی کنید. بر روی یک سطح ناهموار، ترک های کوچکی در ناهمواری مدفون شده اند. وقتی آشکار می شوند عمیق هستند. یک ترک به کوچکی 0.1 میلی متر را می توان در نور خوب روی یک سطح صاف مشاهده کرد، بنابراین می توان آن را قبل از شکست جایگزین کرد.

آماده سازی سطح سرویس آمونیاک
برای بخاری های PFA برای سرویس بخار آمونیاک مشخص کنید:

پرداخت سطح: Ra 0.3 میکرومتر تعیین شده توسط پروفیلومتر مطابق با ISO 4287.

پس از اکستروژن بدون سنباده زدن یا مهره زنی.

تأیید: برای هر لات تولیدی، اثبات زبری سطح را بخواهید.

پولیش 0.05-0.1 میلی متر PFA را حذف می کند، بنابراین ضخامت دیواره را کاهش می دهد. پولیش ممکن است غلاف را برای دیوار 1.5 میلی متری بیش از حد نازک کند. بهتر است در وهله اول صاف را تعریف کنید.

مثال میدانی