چرا بخاری PFA که خشک شده است-به مدت 2 دقیقه، 40٪ نرخ نفوذ بالاتری را حتی پس از خنک شدن نشان می دهد؟

پس از یک رویداد خشک{0}}آتش سوزی (کار در هوا یا بخار بدون خنک کننده مایع) فقط 2 دقیقه، بخاری PFA آسیب ریزساختاری پایداری را متحمل می شود. سطح بیرونی PFA 250 - 350 درجه است و سطح داخلی (به سمت هسته فلزی) مشابه است. پلیمر حتی پس از سرد شدن به حالت قبلی خود باز نمی گردد. تخریب حرارتی منجر به تشکیل شکاف های میکروسکوپی (قطر 5-50 میکرومتر) در ماتریس PFA، افزایش حجم آزاد آمورف 15-25٪ و کاهش وزن مولکولی 10-30٪ می شود. این تغییرات در خنک‌سازی دوام می‌آورند و نرخ نفوذ را برای تمام سرویس‌های آینده تا 30 تا 50 درصد به طور دائم بهبود می‌بخشند. اگر بخاری به مدت 2 دقیقه در دمای 300 درجه به صورت خشک روشن شود، نرخ نفوذ هیدروکلراید یا بخار آب در بقیه عمر آن، صرف نظر از سرد شدن، 40 درصد بیشتر از سطح پایه است. بخاری برای همیشه آسیب دیده است و خنک کردن آن آسیب را برطرف نمی کند. چنین بخاری‌هایی باید تعویض شوند، نه اینکه دوباره در سرویس‌های حیاتی قرار گیرند.

ریزساختار آسیب آتش خشک
در طی{0}}آتش خشک، PFA چهار بار غیرقابل برگشت تغییر می‌کند:

بریدگی زنجیره ای: انرژی حرارتی شکستگی های C-F و C-C پیوند می یابد و وزن مولکولی را از 300 کیلو دالتون به 200-250 کیلو دالتون کاهش می دهد. هرچه وزن مولکولی کمتر باشد تحرک و انتشار زنجیره بیشتر می شود.

تشکیل حفره: رطوبت باقیمانده (100-500 ppm) بلافاصله تبخیر می شود و حفره های کروی به قطر 5-50 میکرومتر ایجاد می کند. حفره ها میانبرهایی برای مولکول های دائمی هستند.

انبساط فاز آمورف: ذوب جزئی و تبلور مجدد نواحی آمورف به یک ساختار بازتر، افزایش حجم آزاد 15-25٪.

اکسیداسیون سطحی: خارج از 50 تا 100 میکرومتر یک لایه اکسید شکننده (گروه های کربونیل و کربوکسیل) تولید می کند. همانطور که خنک می شود، این لایه می شکند و گذرگاه های دیگری را فراهم می کند.

این تغییرات دائمی هستند، زیرا پلیمر در دمای زیر 300 درجه نمی تواند دوباره-پیوندها-جای خالی را ترمیم کند. دمای کار معمولی (100-200 درجه) انرژی کافی برای درهم تنیدگی یا بسته شدن فضای خالی زنجیر را ندارد.

افزایش نرخ نفوذ به دنبال خشک شدن-آتش (تست شده در 80 درجه، 30٪ HCl)
زمان آتش خشک (دقیقه) حداکثر دمای غلاف (درجه) کاهش وزن (%) چگالی خالی (حفره/mm2) نرخ نفوذ (g/m2• روز) افزایش بیش از حد پایه (%)
0 (خط پایه) 80 0% 0 0.8-1.2 0% 0.5 (30 ثانیه) 180 2-5%<10 0.9-1.4 10-15% 1.0 230 5-10% 10-50 1.1-1.7 30-40% 2.0 280 10-15% 50-150 1.3-2.0 40-60% 3.0 310 15-20% 100-300 1.6-2.5 70-100%
5.0 340 (ذوب) 20-30% 500+ 2.5-4.0 150-250%
نرخ نفوذ بخاری خشک-که به مدت 2 دقیقه (پیک 280 درجه ) روشن می شود، برای مدت نامحدود 40 تا 60 درصد افزایش می یابد. این میزان پس از 1000 ساعت کارکرد معمولی مرطوب بازیابی نمی شود.

چرا خنک کننده مقاومت نفوذ را باز نمی گرداند؟
خنک کردن، اندازه پلیمر را بدون بستن حفره ها یا بازیابی وزن مولکولی کوچک می کند. این سوراخ‌ها دائمی هستند زیرا زنجیره‌های پلیمری که قبلاً آن حجم را اشغال می‌کردند به الیگومرهای فراری حل شده‌اند که فرار کرده‌اند. چیزی برای پر کردن شکاف وجود ندارد. زنجیره‌ها در طول گردش دمای بالا به یک بسته‌بندی کم‌تراکم تغییر جهت داده‌اند که منجر به انبساط دائمی حجم آزاد آمورف می‌شود. این مانند آنیل کردن یک فلز است-شما به طور دائم بر ریزساختار تأثیر می‌گذارید." برخلاف فلزات، PFA را نمی‌توان دوباره-بازپخت کرد تا آسیب معکوس شود، زیرا آسیب شامل تجزیه شیمیایی (بریدگی زنجیره) و همچنین بازآرایی فیزیکی است.

تشخیص آتش سوزی خشک قبلی
اگر مشکوک هستید که بخاری خشک شده است-(حتی برای مدت کوتاهی)، سه آزمایش آسیب پایدار را ثابت می‌کند:

میکروسکوپ: یک مقطع{0}}دیوار PFA را برش دهید. حفره ها به صورت دایره های سیاه (5-50 میکرومتر) با بزرگنمایی 200-500× مشاهده می شوند. حفره های قابل مشاهده نشان دهنده آسیب مزمن است.

اندازه گیری تراکم: چگالی PFA آسیب دیده 2.13-2.16 g/cm3. فضاهای خالی در تراکم PFA خشک-2.05-2.10 g/cm3. اگر چگالی 2 درصد کاهش یابد، تخلیه مهم است.

تست نفوذ: میزان نفوذ HCl واقعی بخاری را با استاندارد سازنده مقایسه کنید. افزایش 30 درصدی آتش سوزی خشک-قبلی را تأیید می کند.

1. تصمیم برای جایگزینی
برای بخاری که به مدت 2 دقیقه یا بیشتر خشک شده است:

خدمات شیمیایی حیاتی (نیمه هادی، دارویی) - به سرعت تعویض شود. خوردگی اولیه هسته و آلودگی حمام به دلیل افزایش 40 درصدی در نرخ نفوذ خواهد بود.

خدمات صنعتی غیر حیاتی: تا زمانی که میزان نفوذ از محدودیت‌های فرآیند فراتر رود، استفاده کنید. مقاومت عایق باید به صورت دوره ای بررسی شود. انتظار داشته باشید که طول عمر 30 تا 50 درصد کمتر باشد.

وجود تاول یا ذوب شدن بخاری را بلافاصله تعویض کنید.

فیلد نمونه
یک کارخانه آبکاری به طور ناخواسته یک مخزن را با بخاری PFA تخلیه کرد. بخاری به مدت 3 دقیقه خشک شد (پیش تخمینی 290 درجه) قبل از اینکه توسط اپراتورها خاموش شود. پر کردن مجدد و بخاری از بیرون عادی به نظر می رسید (بدون تاول ظاهری). اما بعد از 4 ماه بخاری دچار خطای زمین شد. بررسی بعد از شکست نشان داد که میکروویدینگ زیاد در دیواره PFA (150 حفره بر میلی‌متر مربع) و نفوذ هیدروکلراید 3× افزایش یافته و هسته فلزی را خورده می‌کند. یک بخاری خشک{12}}بدون آتش از همان دسته 3 سال بیشتر دوام آورد. بخاری خشک{15}}باید خاموش می‌شد، نه اینکه دوباره به کار گرفته می‌شد.

نتیجه‌گیری: خشک{0}}نتایج آتش‌سوزی باعث افزایش دائمی نفوذپذیری 30 تا 50 درصدی می‌شود.
آسیب ریزساختاری دائمی در بخاری PFA خشک شده-به مدت 2 دقیقه (حداکثر دمای غلاف 280 درجه) مشاهده می‌شود: بریدگی زنجیره (10{11}}15 درصد کاهش وزن مولکولی)، تشکیل حفره (50{12}}150 حفره بر میلی‌متر مربع) و افزایش حجم آزاد آمورف. حتی پس از سرد شدن نامحدود، ضریب نفوذ 40{15}}60 درصد بالاتر از سطح پایه است. بخاری برنمی گردد. برای خدمات حیاتی فوراً تعویض کنید. برای سرویس‌های غیر مهم{17}}به دقت مراقب باشید و انتظار عمر کوتاه‌تری داشته باشید. بخاری حتی اگر خوب به نظر برسد می تواند به طور غیر قابل جبرانی آسیب ببیند. یک بار آن را خشک کنید، هرگز کاملاً به آن اعتماد نکنید. جایگزینی یا کاهش نرخ خلاء جاودانه است.