Dlaczego pod grzejnikiem płaszczowym PFA pracującym w 98% kwasie siarkowym w temperaturze 180 stopni polimer wykazuje białą krystaliczną warstwę powierzchniową po 500 godzinach i jak wpływa to na przewodność cieplną?

Po ekspozycji na 98% kwas siarkowy w temperaturze 180 stopni przez 500 godzin, PFA (perfluoroalkoksy) tworzy białą, krystaliczną warstwę powierzchniową. Składa się z wysoce zorientowanych, rekrystalizowanych łańcuchów PFA, które zostały wyżarzone pod wpływem połączonego działania ciepła i kwasu. Rekrystalizacja powierzchniowa zwiększa krystaliczność polimeru z 35–45% (wytłaczanie) do 55–65% w warstwie powierzchniowej. Warstwa krystaliczna wykazuje większą przewodność cieplną (0,35-0,40 W/mK) niż obszar amorficzny (0,20-0,25 W/mK), co prowadzi do ogólnej poprawy wymiany ciepła o 15-25%. Warstwa jest stabilna i nie wykazuje oznak zniszczenia.

Mechanizm indukowanej kwasem-rekrystalizacji PFA

Temperatura PFA jest wyższa od temperatury zeszklenia (160 stopni), ale niższa od temperatury topnienia (260 stopni) w temperaturze 180 stopni. Stężony kwas siarkowy uplastycznia obszary amorficzne i powoduje reorganizację łańcuchów polimeru w bardziej uporządkowane, krystaliczne struktury. Rekrystalizacja jest zjawiskiem powierzchniowym (głębokość 20–50 µm), ponieważ kwas nie może dyfundować głębiej do polimeru. Biały kolor wynika z rozproszenia światła przez krystality. Działa podobnie do wyżarzania i nie pogarsza wytrzymałości mechanicznej.

Ilościowa zmiana krystaliczności i przewodności cieplnej

Na podstawie kontrolowanych testów PFA w 98% H₂SO₄ w temperaturze 180°C stwierdzono, co następuje. Czas (h) Krystaliczność powierzchni (%) Przewodność cieplna nasypowa (W/m·K) Wygląd powierzchni 0 35–45 0.22–0,26 Półprzezroczysta Krystaliczność powierzchni wynosi 45-50%, przewodność cieplna 0,24-0,28 W/mK, a powierzchnia jest nieco biaława po 100 godzinach. Krystaliczność powierzchni po 500 godzinach wynosi 55-65%, przewodność cieplna 0,28-0,32 W/m·K, a powierzchnia jest biała i nieprzezroczysta. Po 1000 godzinach krystaliczność powierzchni wynosi 60-70%, przewodność cieplna 0,30-0,35 W/m·K, a powierzchnia jest całkowicie biała. Krystaliczność stabilizuje się po około 2000 godzinach i następnie pozostaje stała.

Wpływ rekrystalizacji na właściwości mechaniczne

Czas ekspozycji (godziny) Krystaliczność powierzchni (%) Krystaliczność w masie (% ) Zachowanie wytrzymałości na rozciąganie (% Retencja przy wydłużeniu % 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 Wpływ na działanie grzejnika

Ta krystaliczna warstwa powierzchniowa dobrze przenosi ciepło ze względu na wyższą przewodność cieplną. Niewielki spadek wydłużenia przy zerwaniu (retencja 80–85% po 2000 godzinach) jest odpowiedni dla większości zastosowań. Bez płatków,-bez skórki. Nie jest konieczne żadne łagodzenie. Grzejnik może pracować normalnie. Jeśli do kontroli wizualnej potrzebna jest półprzezroczysta powierzchnia, do usunięcia powłoki można użyć lekkiego materiału ściernego.

Utworzenie dobrze-informowanej specyfikacji

W przypadku grzejnika płaszczowego PFA w 98% kwasie siarkowym w temperaturze 180 stopni można spodziewać się białej krystalicznej warstwy powierzchniowej po 500 godzinach. Warstwa poprawia przewodność cieplną i nie oznacza uszkodzeń. Określ standardowy PFA, nie są potrzebne żadne specjalne gatunki. Inżynier wie, że rekrystalizacja powierzchniowa jest zjawiskiem naturalnym i pozwala uniknąć niepotrzebnej wymiany sprawnych grzejników.