Mae anwedd asid hydrofluorig (HF) yn cyflwyno her treiddiad unigryw ar gyfer gwainiau gwresogydd fflworopolymer. Yn wahanol i HF hylif, sy'n chwyddo PFA yn gymedrol, mae moleciwlau anwedd HF yn fach, yn begynol iawn, ac yn gwasgaredig trwy ranbarthau amorffaidd y polymer yn gymharol hawdd. Mae gan Virgin PFA-fel y'i allwthiol neu ei fowldio- grisialu nodweddiadol o 35–45%, gyda'r cyfaint sy'n weddill wedi'i feddiannu gan ranbarthau amorffaidd sy'n gweithredu fel llwybrau tryledu. Mae haen PFA wedi'i hailgrisialu, a gynhyrchir gan anelio thermol rheoledig sy'n cynyddu crisialu i 55-65%, yn ddamcaniaethol yn cynnig athreiddedd is oherwydd bod y cyfaint amorffaidd llai yn gadael llai o lwybrau ar gyfer trylediad anwedd. Mae p'un a yw hyn yn trosi'n welliant rhwystrol ystyrlon ar gyfer anwedd HF yn dibynnu ar y broses anelio, y morffoleg grisial sy'n deillio o hynny, a thymheredd y gwasanaeth.
Damcaniaeth Treiddiad Crisialaeth ar gyfer Anwedd HF
Mae cyfernod athreiddedd (P) polymer lledgrisialog yn dilyn y log perthynas P=log P_amorphous - × X_c, lle mae X_c yn grisialu ffracsiwn cyfaint ac mae'n gysonyn dibynnol ar y moleciwl treiddiol. Ar gyfer anwedd HF mewn PFA, mae tua 0.025-0.030. Mae crisialu cynyddol o 40% i 60% yn lleihau athreiddedd gan ffactor o tua 2.5-3.0. Yn ymarferol, mae gan wal wyryf PFA o drwch 1.5 mm ar 80 gradd gyfradd treiddiad anwedd HF o 0.8–1.2 g/m²·dydd. Mae wal PFA wedi'i hailgrisialu gyda 60% o grisialu yn lleihau'r gyfradd i 0.3–0.5 g/m²·dydd. Mae'r gwelliant hwn yn arwyddocaol ar gyfer cymwysiadau lle mae anwedd HF yn cysylltu â'r gwresogydd yn barhaus, megis offer ysgythru cam anwedd neu danciau storio HF wedi'u gwresogi â gofod anwedd.
Fodd bynnag, mae'r broses ailgrisialu yn cyflwyno dau ffactor cymhlethu. Yn gyntaf, mae anelio PFA ar 240-260 gradd am 4-8 awr i gynyddu crisialu hefyd yn achosi crebachu (1-3% llinol). Os yw'r haen recrystallized yn araen ar graidd gwresogydd metel, mae'r crebachu yn creu straen tynnol gweddilliol ar y rhyngwyneb. Gall y straen hwn gychwyn microcracks yn ystod beicio thermol, gan greu llwybrau osgoi ar gyfer anwedd HF sy'n negyddu'r budd rhwystr. Yn ail, mae ailgrisialu yn cynyddu maint spherulites (agregau crisialog) o 5–15 µm i 20–50 µm. Mae'r ffiniau rhwng spherulites yn amorffaidd a gallant weithredu fel sianeli tryledu cyflym os na chaiff yr anelio ei reoli'n berffaith. Mae'n bosibl y bydd gan PFA sydd wedi'i ailgrisialu'n wael grisialu ymddangosiadol uwch ond perfformiad rhwystr is oherwydd rhwydwaith o lwybrau amorffaidd rhwng-sfferitig.
Cymhariaeth Arbrofol: Virgin vs. Recristalized
Mae profion treiddiad dan reolaeth gan ddefnyddio cell anwedd HF safonol (60 gradd, 10% HF mewn anwedd dŵr, trwch wal 1.5 mm) yn dangos y canlyniadau canlynol. Mae Virgin PFA (42% crisialu yn ôl DSC) yn cyrraedd treiddiad cyflwr cyson ar ôl 48 awr, gyda fflwcs o 1.05 g/m²·dydd. Mae PFA wedi'i ailgrisialu (58% crisialu, a gyflawnir trwy anelio ar 250 gradd am 6 awr) yn cyrraedd cyflwr cyson ar ôl 72 awr, gyda fflwcs o 0.40 g/m²·diwrnod{15}}gostyngiad o 62%. Ar ôl 1,000 o oriau o ddatguddiad anwedd HF parhaus, mae'r sampl wyryf yn dangos gwynnu wyneb (ffurfiant microffoidaidd) i ddyfnder o 0.2 mm, tra bod y sampl wedi'i ailgrisialu yn dangos gwynnu i ddyfnder o 0.05 mm yn unig. Mae'r deunydd wedi'i ailgrisialu hefyd yn cadw 95% o'i gryfder tynnol gwreiddiol, o'i gymharu ag 85% ar gyfer PFA gwyryf ar ôl yr un amlygiad.
Mae profion beicio thermol (500 o gylchoedd o 25 gradd i 90 gradd) yn newid y safle. Ar ôl beicio, mae'r sampl wedi'i ailgrisialu yn dangos cyfradd treiddiad o 0.65 g/m²·diwrnod-yn uwch na'i werth beicio cyn{6}}ac yn agosach at y deunydd crai (0.85 g/m²·diwrnod ar ôl beicio). Mae archwiliad microsgopig yn datgelu microcraciau ar ffiniau spherulite yn y sampl wedi'i ailgrisialu, tra nad yw'r sampl crai yn dangos unrhyw ffurfiant crac. Mae'r straen beicio thermol, a achosir gan ehangiad gwahaniaethol rhwng y craidd metel a'r PFA, yn ffafriol yn cracio'r ffiniau spherulite mwy yn y deunydd wedi'i ailgrisialu. Ar gyfer ceisiadau heb lawer o feicio thermol (llai na 100 o gylchoedd y flwyddyn), mae PFA wedi'i ailgrisialu yn darparu perfformiad rhwystr uwch. Ar gyfer beicio thermol aml (mwy na 500 o gylchoedd y flwyddyn), mae crisialu cychwynnol is y deunydd crai a spherulites llai yn cynnig perfformiad rhwystr hirdymor gwell oherwydd ei fod yn parhau i fod yn rhydd o grac.
Canllaw Cymharu Penodol i Gymhwysiad
| Cyflwr Gwasanaeth | Crynodiad Anwedd HF | Cylchredau Thermol y Flwyddyn | Deunydd a Argymhellir | Cyfradd Treiddiad Ddisgwyliedig (1.5 mm, 80 gradd) |
|---|---|---|---|---|
| Amlygiad anwedd parhaus, tymheredd cyson | <5% HF | <50 | PFA wedi'i ailgrisialu | 0.3-0.5 g/m²·dydd |
| Amlygiad anwedd parhaus, tymheredd cyson | 5–20% HF | <50 | PFA wedi'i ailgrisialu gyda wal fwy trwchus (2.0 mm) | 0.2-0.3 g/m²·dydd |
| Amlygiad ysbeidiol, cylchoedd tymheredd dyddiol | Unrhyw | 200–500 | PFA forwyn | 0.8–1.0 g/m²·diwrnod (sefydlog) |
| Amlygiad ysbeidiol, cylchoedd aml | Unrhyw | >500 | PFA forwyn | 0.9–1.2 g/m²·day (recrystallized degrades to >1.0 ar ôl beicio) |
| Cyfnod anwedd uwchlaw HF hylifol (anwedd dirlawn) | >20% cyfatebol | <100 | PFA wedi'i ailgrisialu gyda wal 2.5 mm | 0.4-0.6 g/m²·dydd |
| Mae'r gwresogydd yn profi dirgryniad mecanyddol | Unrhyw | Unrhyw | PFA forwyn | Craciau wedi'u hailgrisialu ar ffiniau spherulite |
| Y purdeb mwyaf sydd ei angen (dim echdynadwy) | Unrhyw | Unrhyw | Virgin PFA purdeb uchel | Gall ailgrisialu gyflwyno cynhyrchion diraddio thermol |
Ystyriaethau Gweithredu Ymarferol
Nid yw cynhyrchu haen PFA wedi'i hailgrisialu ar wresogydd presennol yn weithrediad maes. Mae'n gofyn am anelio'r cynulliad gwresogydd gorffenedig yn ofalus ar dymheredd a allai effeithio ar dymer y craidd metel neu'r cysylltiadau trydanol. Rhaid i'r cylch anelio gynnwys gwresogi araf (10 gradd yr awr) ac oeri (5 gradd yr awr) er mwyn osgoi cyflwyno straen thermol. Ar gyfer cynhyrchu gwresogydd newydd, cyflawnir ailgrisialu naill ai trwy anelio'r tiwb PFA trwy allwthiad cyn ei osod ar y craidd, neu trwy anelio'r cynulliad cyfan ar ôl amgáu. Mae'r dull olaf yn peryglu straen gweddilliol o ehangiad thermol gwahaniaethol. Y dull a ffefrir yw anelio'r tiwb PFA ar wahân, yna ei gydosod ar y craidd gan ddefnyddio proses ffit ehangu neu grebachu mecanyddol. Mae hyn yn cynhyrchu tiwb gyda grisialu 55-60% a dim straen rhyngwynebol. Mae'r premiwm cost ar gyfer gwresogyddion PFA wedi'u hailgrisialu yn nodweddiadol 20-40% dros ddeunydd crai oherwydd yr amser prosesu ychwanegol a rheolaeth ansawdd llymach.
Ar gyfer y rhan fwyaf o gymwysiadau anwedd HF diwydiannol gyda seiclo thermol cymedrol (hyd at 200 o gylchoedd y flwyddyn), mae perfformiad rhwystr gwell PFA wedi'i ailgrisialu yn cyfiawnhau'r premiwm. Mae'r amser estynedig i gyrraedd lefelau treiddiad critigol (ee, 2,000 awr yn erbyn. 1,200 awr ar gyfer gwyryf) yn lleihau amlder cynnal a chadw ac yn lleihau'r risg o gyrydiad craidd metel. Ar gyfer ceisiadau gyda beicio thermol aml, dirgryniad mecanyddol, neu unrhyw risg o weithrediad sych, PFA gwyryf yn parhau i fod y dewis mwy cadarn er gwaethaf ei treiddiad gwaelodlin uwch. Dylai peirianwyr ofyn am ddata crisialu (gan DSC) gan y gwneuthurwr, gan nodi targed o 55-60% ar gyfer deunydd wedi'i ailgrisialu a 35-45% ar gyfer crai. Dylid anfon ardystiad o dymheredd a hyd anelio gyda phob gwresogydd.
Casgliad: PFA wedi'i ailgrisialu'n Ennill am Wasanaeth Anwedd HF Steady-Nodwch
Mae haen PFA wedi'i hailgrisialu yn darparu perfformiad rhwystr 50-70% yn well yn erbyn anwedd asid hydrofflworig na PFA crai o dan amodau{-tymheredd cyson,-beicio. Mae'r crisialu cynyddol yn lleihau'r cyfaint amorffaidd sydd ar gael ar gyfer trylediad anwedd, gan ostwng y gyfradd treiddiad o tua 1.0 g/m²·dydd i 0.4 g/m²·dydd ar gyfer wal 1.5 mm. Fodd bynnag, mae'r spherulites mwy a ffurfiwyd yn ystod recrystallization yn agored i ficrocracio o dan feicio thermol neu straen mecanyddol, sy'n erydu'r fantais rhwystr. Ar gyfer cymwysiadau anwedd HF parhaus gyda thymheredd sefydlog (ee, tanciau storio wedi'u gwresogi, llinellau dosbarthu anwedd), PFA wedi'i ailgrisialu yw'r dewis gorau. Ar gyfer gwresogyddion sy'n beicio'n ddyddiol neu sy'n profi dirgryniadau, mae PFA gwyryf yn cynnig perfformiad tymor hir mwy dibynadwy. Dylai'r penderfyniad fod yn seiliedig ar nifer disgwyliedig y cylchoedd thermol dros oes y gwresogydd, nid ar ddata treiddiad yn unig. Pan fydd amheuaeth, mae pennu wal PFA wyryf fwy trwchus (2.5-3.0 mm) yn cyflawni gwelliant rhwystr tebyg heb y risg gracio o ddeunydd wedi'i ailgrisialu am gost gymharol neu is.
