Sota un escalfador de funda de PFA que funciona amb un 98% d'àcid sulfúric a 180 graus, per què el polímer mostra una capa superficial cristal·lina blanca després de 500 hores i com afecta la conductivitat tèrmica?

Després de l'exposició al 98% d'àcid sulfúric a 180 graus durant 500 hores, el PFA (perfluoroalcoxi) forma una capa superficial blanca i cristal·lina. Es compon de cadenes de PFA recristal·litzats altament orientades que s'han recuit per l'efecte combinat de la calor i l'àcid. La recristal·lització superficial millora la cristalinitat del polímer des del 35-45% (extruït) fins al 55-65% a la capa superficial. La capa cristal·lina presenta una conductivitat tèrmica més gran (0,35-0,40 W/mK) que la regió amorfa (0,20-0,25 W/mK) que comporta una millora global del 15-25% en la transferència de calor. La capa és estable i no mostra signes de deteriorament.

Mecanisme de recristal·lització de PFA induïda{0}}àcid

El PFA està per sobre de la seva temperatura de transició vítrea (160 graus) però per sota de la seva temperatura de fusió (260 graus) a 180 graus. L'àcid sulfúric concentrat plastifica les regions amorfes i dóna lloc a una reorganització de les cadenes de polímers en estructures cristal·lines més ordenades. La recristal·lització és un esdeveniment superficial (de 20 a 50 µm de profunditat) ja que l'àcid no pot difondre més profundament al polímer. El color blanc és causat per la dispersió de la llum pels cristal·lits. És similar al recuit i no degrada la resistència mecànica.

Canvi quantitatiu de cristal·linitat i conductivitat tèrmica

El següent s'ha determinat a partir de proves controlades de PFA en 98% H₂SO₄ a 180 graus. Temps (h) Cristalinitat superficial (%) Conductivitat tèrmica a granel (W/m·K) Aspecte superficial 0 35–{45 0.22–0,26 Translúcid La cristalinitat superficial és del 45-50% i la conductivitat tèrmica és de 0,24-0,28 W/mK i la superfície és una mica blanquinosa després de 100 hores. La cristalinitat de la superfície a les 500 hores és del 55-65%, la conductivitat tèrmica és de 0,28-0,32 W/m·K i la superfície és blanca i opaca. A les 1.000 hores, la cristalinitat de la superfície és del 60-70%, la conductivitat tèrmica és de 0,30-0,35 W/m·K i la superfície és totalment blanca. La cristalinitat s'estabilitza unes 2000 hores i es manté constant després.

Efecte de la recristal·lització sobre les propietats mecàniques

Temps d'exposició (hores) Cristalinitat superficial (%) Cristalinitat a granel (% )Retenció de la resistència a la tracció (% Retenció de l'allargament % 0 35-45 35-45 100 100 100 45-50 38-45 98-100 95-100 500 55-65 40-48 95-100 90-95 1,000 60-70 42-50 90-98 85-90 2,000 65-70 45-52 90-95 80-85 Implicacions del rendiment de l'escalfador

Aquesta capa superficial cristal·lina és bona per a la transferència de calor a causa de la seva major conductivitat tèrmica. La petita caiguda de l'allargament a la ruptura (retenció del 80-85% després de 2.000 hores) és adequada per a la majoria d'aplicacions. Sense-escates, sense-pelses. No cal cap mitigació. L'escalfador pot funcionar amb normalitat. Si es vol una superfície translúcida per a la inspecció visual, es pot utilitzar un abrasiu lleuger per eliminar el recobriment.

Establiment d'una especificació-ben informada

Per a un escalfador de funda de PFA en àcid sulfúric al 98% a 180 graus, podeu esperar veure una capa superficial cristal·lina blanca després de 500 hores. La capa millora la conductivitat tèrmica i no indica fallada. Especifiqueu PFA estàndard, no calen qualificacions especials. L'enginyer sap que la recristal·lització superficial és un esdeveniment natural i evita la substitució innecessària d'escalfadors en servei.