Praskliny bez chemického útoku Porozumění praskání způsobenému environmentálním stresem v ohřívačích PTFE

Po 18 měsících používání vytvořil PTFE ponorný ohřívač v roztoku detergentu s neutrálním pH s neiontovými povrchově aktivními látkami sítě jemných povrchových trhlin. Praskliny byly většinou na vnějších okrajích U-ohybů a v místech montáže příruby, kde se plášť dotýkal podpěrných svorek. Tabulky chemické kompatibility ukázaly, že roztok byl zcela inertní vůči PTFE, provozní teploty zůstaly pod 110 °C a nevyskytly se žádné příznaky oxidační degradace nebo hromadného napadení. Během provozu nedocházelo k výraznému mechanickému zatížení. Ale integrita pláště se rozpadla přesně tam, kde bylo velké zbytkové tahové napětí. Tento model se často stává inženýrům v oblasti materiálů a spolehlivosti a potřebují se naučit, jak zabránit vzniku praskání vlivem prostředí v systémech ohřívačů PTFE.

Praskání z vnějšího namáhání (ESC) nastává, když malá množství tahového napětí interagují s určitými chemickými podmínkami, aby nastartovaly a rozšířily lomy. Ani jeden faktor sám o sobě nezpůsobuje škody. PTFE, stejně jako všechny semikrystalické polymery, je velmi odolný vůči čistému mechanickému přetížení a chemickému napadení, kdy každý působí samostatně. Ale když se některé tekutiny smíchají, mohou působit jako stres-praskáče. Tato činidla žádným způsobem nerozkládají ani nerozpouštějí objemovou polymerní matrici. Místo toho dělají amorfní oblasti na špičkách trhlin pružnější, což snižuje mezimolekulární tlaky a energii potřebnou pro prokluzování řetězce a koalescenci mikro-dutin. K šíření trhliny tedy dochází, když jsou napětí mnohem nižší než krátkodobá -mez kluzu v tahu materiálu, která je obvykle způsobena pouze výrobou nebo instalací.


Povrchově aktivní látky, zejména ethoxylované ne-iontové a aniontové formy, které se nacházejí v čisticích roztocích a procesních aditivech, jsou běžnými stresovými-krakovacími činidly pro fluoropolymery. Některá organická rozpouštědla, jako jsou alkoholy, ketony nebo aromatické uhlovodíky, působí při vysokých teplotách stejným způsobem. Některé procesní přísady, jako jsou aminy a fluorovaná smáčedla, mohou potenciálně způsobit ESC. Testy v laboratoři odhalují, že interakce je skutečná: vzorky PTFE, které byly roky ve vodě, nevykazují žádné změny, ale vzorky, které byly ve vodě s kontrolovaným zatížením tahem, vykazují trhliny během týdnů. Tento jev závisí výhradně na současném vystavení stresu a droze.

Morfologie trhlin poskytuje zřetelné diagnostické indikátory. ESC vytváří malé, často rozvětvené trhliny, které sledují směry největšího tahového napětí. Na pláštích ohřívačů z PTFE začínají tyto trhliny na vnější straně vyrobených ohybů, kde procesy tváření za studena-zablokují největší zbytkové napětí. Dalšími místy, kde se může vyskytnout lokální napětí, jsou svěrné příruby a opěrné kontaktní zóny, kde to může způsobit montážní krouticí moment nebo tepelná roztažnost. Při pohledu pomocí optického nebo rastrovacího elektronového mikroskopu vypadají povrchy lomů poměrně hladké s fibrilárním vytažením-. Nedochází u nich k důlkové tvorbě, bělení nebo ztrátě materiálu, ke kterému dochází během oxidačního útoku. Ztenčení stěny nemá velký význam, pokud se mnoho trhlin nepropojí a nepropustí vodu.

Chcete-li zastavit popraskání vlivem okolního prostředí, musíte optimalizovat mechanickou konstrukci a provést chemické testování. Prvním krokem ke snížení zbytkového napětí je ujistit se, že ohřívač má správný tvar. Například zadání větších poloměrů ohybu-alespoň trojnásobku průměru pláště-výrazně snižuje maximální tahová napětí ve srovnání s minimálními poloměry 1,5×, které se běžně používají pro provoz s nízkým-napětím. Žíhání-odstranění pnutí po tvarování a před odesláním zbavuje výrobního napětí, které uvízlo na místě. Instalační postupy musí minimalizovat nadměrné-upínání nebo ostré kontaktní hrany; průběžné podpěrné konzoly a expanzní smyčky pomáhají rozložit zátěž ještě více. Ve skutečnosti se praskliny ESC běžně objevují u ohřívačů, které byly před instalací příliš ohnuty. Díky tomu je zbytkové napětí vysoké, čehož pak může mírné chemické prostředí využít.

U kapalin normy spolehlivosti říkají, že byste měli najít pravděpodobná činidla pro praskání napětím-vyhodnocením namáhaných vzorků namísto použití typických tabulek kompatibility. Protože ESC vyžaduje současné mechanické zatížení, obecné tabulky obvykle nehovoří o riziku. Potřebná data pocházejí z cílených zkoušek ponořením provedených při správné teplotě, koncentraci a poloměrech ohybu. Když se najdou činidla, oblíbeným způsobem, jak je zastavit, je použít ohřívače s většími poloměry ohybu a zajistit, aby byly dostatečně podepřeny, aby se snížila koncentrace mechanického napětí po celé délce prvku.

Praskání vlivem okolního prostředí je u ohřívačů PTFE skutečným způsobem selhání, ale lze se mu vyhnout. Vyžaduje současné zkoumání mechanických a chemických faktorů namísto samostatného hodnocení každého z nich. Jakmile budou splněny obecné podmínky kompatibility a teploty, stanou se nejdůležitějšími konstrukčními faktory zbytkové napětí, šíření trhlin, činidla vytvářející trhliny při napětí{2}} a poloměr ohybu. U procesů, které mohou zahrnovat činidla proti-praskání stresu, může promluva s výrobcem ohřívačů o specializovaných jakostech materiálů, jako jsou modifikované kopolymery PTFE vyrobené tak, aby byly odolnější, nebo vlastní konstrukční prvky, jako jsou vestavěné-nástavce-uvolňující napětí, mohou přidat další bezpečnostní rezervy. Pečlivým oslovením obou přispěvatelů k praskání způsobenému namáháním v prostředí, inženýři v oblasti materiálů a spolehlivosti proměnili dříve matoucí mechanismus selhání v plně řízenou část specifikace ohřívače PTFE a životnosti.