Esquerdes sense atac químic Entendre les esquerdes per estrès ambiental en escalfadors de PTFE

Després de 18 mesos d'ús, un escalfador d'immersió de PTFE en una solució detergent de pH neutre amb tensioactius no-iònics va formar xarxes de fractures superficials fines. Les esquerdes es trobaven principalment a les vores exteriors dels corbes en U-i als llocs de muntatge de la brida on la funda tocava les pinces de suport. Els gràfics de compatibilitat química van mostrar que la solució era completament inert al PTFE, les temperatures de funcionament es van mantenir per sota dels 110 graus i no hi havia símptomes de degradació oxidativa ni d'atac a granel. No hi va haver cap càrrega mecànica significativa durant el funcionament. Però la integritat de la funda es va trencar exactament on hi havia molta tensió de tracció residual. Aquest patró passa molt per als enginyers de materials i fiabilitat, i han d'aprendre a evitar que es produeixin esquerdes per estrès ambiental als sistemes de calefacció de PTFE.

El cracking per estrès ambiental (ESC) es produeix quan petites quantitats d'esforç de tracció interaccionen amb determinades condicions químiques per iniciar i estendre fractures. Cap dels dos factors per si sol causa danys. El PTFE, com tots els polímers semicristal·lins, és molt resistent a la sobrecàrrega mecànica pura i als atacs químics quan cadascun actua pel seu compte. Però quan es barregen alguns fluids, poden actuar com a agents d'esquerda-d'estrès. Aquests agents no descomponen ni dissolen la matriu de polímer a granel de cap manera. En canvi, fan que les zones amorfes a les puntes de les esquerdes siguin més flexibles, la qual cosa redueix les pressions intermoleculars i l'energia necessària per al lliscament de la cadena i la coalescència de micro-buits. Per tant, la propagació de les esquerdes es produeix quan les tensions són molt inferiors a la resistència a la tracció a curt termini del material, que normalment només és causada per la fabricació o la instal·lació.


Els tensioactius, especialment les formes no-iòniques i aniòniques etoxilades que es troben en solucions de neteja i additius de procés, són agents de craqueig-d'estrès habituals per als fluoropolímers. A altes temperatures, alguns dissolvents orgànics, com alcohols, cetones o hidrocarburs aromàtics, actuen de la mateixa manera. Alguns additius de procés, com les amines i els agents humectants fluorats, poden causar ESC. Les proves al laboratori revelen que la interacció és real: les mostres de PTFE que han estat a l'aigua durant anys no mostren cap canvi, però les mostres que han estat a l'aigua amb càrrega de tracció controlada mostren esquerdes en poques setmanes. El fenomen es basa exclusivament en l'exposició simultània a l'estrès i la droga.

La morfologia de les esquerdes proporciona diferents indicadors de diagnòstic. L'ESC genera petites esquerdes, sovint ramificades, que segueixen les direccions de la tensió més de tracció. A les beines de l'escalfador de PTFE, aquestes esquerdes comencen a l'exterior dels corbes produïts, on els processos de formació en fred-bloquegen la tensió més residual. Altres llocs on es pot produir una tensió localitzada són les brides subjectades i les zones de contacte de suport, on el parell d'instal·lació o l'expansió tèrmica poden causar-ho. Quan es miren amb un microscopi òptic o electrònic d'escaneig, les superfícies de fractura semblen més aviat llises amb l'extracció fibril·lar-. No tenen la picada, el blanqueig o la pèrdua de material que es produeix durant l'atac oxidatiu. L'aprimament de la paret no importa gaire tret que es connectin moltes esquerdes i deixin passar l'aigua.

Per aturar l'esquerda per estrès ambiental, cal optimitzar el disseny mecànic i fer un cribratge químic. El primer pas per reduir l'estrès residual és assegurar-se que l'escalfador té la forma adequada. Per exemple, especificar uns radis de flexió més grans-almenys tres vegades el diàmetre de la funda-redueix considerablement les tensions màximes de tracció en comparació amb els radis mínims d'1,5× que s'utilitzen habitualment per a un servei de baix-esforç. El recuit-d'alleujament de tensió després de la formació i abans de l'enviament elimina les tensions de producció que s'han enganxat al seu lloc. Els procediments d'instal·lació han de reduir al mínim-la subjecció excessiva o les vores de contacte afilades; Els suports de suport continu i els bucles d'expansió ajuden a estendre la tensió encara més. En realitat, les esquerdes ESC solen aparèixer als escalfadors que es van doblegar massa abans de la instal·lació. Això fa que l'estrès residual sigui elevat, que després pot utilitzar un entorn químic suau.

Pel que fa als fluids, els estàndards de fiabilitat diuen que hauríeu de trobar possibles agents d'esquerda per tensió-avaluant mostres amb tensió en comptes d'utilitzar taules de compatibilitat típiques. Com que l'ESC requereix una càrrega mecànica simultània, els gràfics generals no solen parlar del risc. Les dades necessàries provenen de proves d'immersió dirigides fetes a la temperatura, la concentració i els radis de flexió adequats. Quan es troben agents, una manera popular d'aturar-los és utilitzar escalfadors amb radis de flexió més grans i assegurar-se que estiguin suportats adequadament per reduir les concentracions d'estrès mecànic al llarg de l'element.

L'esquerda per estrès ambiental és un veritable mode de fallada en els escalfadors de PTFE, però es pot evitar. Necessita l'examen simultani dels factors mecànics i químics en lloc d'una avaluació separada de cadascun. Un cop s'han complert les limitacions de compatibilitat general i de temperatura, la tensió residual, la propagació de les esquerdes, els agents de fissuració de tensió-i el radi de flexió esdevenen els factors de disseny més importants. Per als processos que poden implicar agents de craqueig-d'estrès, parlar amb el fabricant de l'escalfador sobre graus de materials especialitzats, com ara copolímers de PTFE modificats fets per ser més resistents, o característiques de disseny personalitzats, com ara mànigues-integrades per alleujar l'estrès-, poden afegir marges de seguretat addicionals. En abordar amb cura ambdós contribuents a l'esquerdament per estrès ambiental, els enginyers de materials i fiabilitat converteixen un mecanisme de fallada anteriorment confús en una part totalment controlada de l'especificació i la vida útil de l'escalfador de PTFE.