In che modo la velocità di raffreddamento dopo l'estrusione (quench in acqua rispetto al raffreddamento ad aria) di un tubo riscaldatore in PFA modifica il grado di cristallinità e la successiva resistenza allo stress cracking nell'acido solforico al 98% a 120 gradi?
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I tubi riscaldanti in PFA (perfluoroalcossi) sono prodotti mediante estrusione. La velocità di raffreddamento dopo l'estrusione determina il grado di cristallinità. L'estinzione in acqua produce PFA amorfo con bassa cristallinità (10-20%), mentre il raffreddamento ad aria produce PFA semi-cristallino con elevata cristallinità (40-50%). Nell'acido solforico al 98% a 120 gradi, il PFA amorfo ha una maggiore resistenza alle fessurazioni da stress ambientale perché la struttura amorfa è più flessibile e può assorbire lo stress senza rompersi. Il PFA raffreddato in acqua ha un tempo di innesco delle cricche da stress 3-5 volte più lungo rispetto al PFA raffreddato ad aria.
Il meccanismo dell'influenza della cristallinità sullo stress cracking
Il PFA semi-cristallino presenta cristalli lamellari che agiscono come punti di concentrazione dello stress. Sotto stress applicato o residuo in ambienti aggressivi, le crepe iniziano ai confini dei cristalli. Il PFA amorfo non ha tali regioni cristalline, quindi lo stress è distribuito in modo più uniforme. La velocità di propagazione della cricca è la seguente: da/dt ∝ (cristallinità)^1,5. Una maggiore cristallinità porta a una rottura più rapida.
Resistenza quantitativa allo stress crack in funzione della velocità di raffreddamento
Test controllati in H₂SO₄ al 98% a 120 gradi al 50% del limite di snervamento hanno stabilito quanto segue per il PFA. Per il PFA temprato in acqua-(cristallinità 10-20%, amorfo), il tempo di inizio della fessurazione da stress è di 1.000-2.000 ore e la fessurazione è minima. Per il PFA-raffreddato ad aria (cristallinità 40-50%, semicristallino), il tempo di innesco è di 200-400 ore e la fessurazione è grave. Per il PFA a raffreddamento lento (cristallinità 50-60%), il tempo di inizio è di 50-150 ore e il cracking è rapido. Per il PFA ricotto (cristallinità 60-70%), il tempo di iniziazione è<50 hours, and cracking is immediate.
Guida alla selezione della velocità di raffreddamento e della cristallinità
| Metodo di raffreddamento | Grado di cristallinità (%) | Tempo di inizio stress crack (ore) | Consigliato per H₂SO₄ al 98%. |
|---|---|---|---|
| Tempra in acqua | 10-20 | 1,000-2,000 | SÌ |
| Aria fresca | 40-50 | 200-400 | NO |
| Lento freddo | 50-60 | 50-150 | NO |
| Ricotto | 60-70 | <50 | NO |
Fare una specifica informata
Per un tubo riscaldante PFA in acido solforico al 98% a 120 gradi, specificare il raffreddamento in acqua dopo l'estrusione per ottenere una bassa cristallinità (10-20%). Controllando la velocità di raffreddamento, l'ingegnere massimizza la resistenza alle fessurazioni da stress ambientale.
