Trong axit nitric 70% ở nhiệt độ 150 độ và áp suất 5 bar, bộ gia nhiệt ngâm PFA (perfluoroalkoxy) có thể bị nứt do ứng suất môi trường (ESC). Ứng suất kéo tối đa cho phép để ngăn chặn ESC là 2 MPa. Trên mức ứng suất này, các vết nứt sẽ bắt đầu trong vòng 500-1.000 giờ. Ngưỡng này dựa trên hệ số cường độ ứng suất tới hạn của polyme và mức độ khắc nghiệt của môi trường axit nitric.

Cơ chế gây ra vết nứt ứng suất môi trường trong PFA

Axit nitric là chất oxy hóa mạnh tấn công các vùng vô định hình của PFA. Khi polyme chịu ứng suất kéo, các phân tử axit xâm nhập vào bề mặt và phá vỡ chuỗi polyme tại các điểm tập trung ứng suất. Tốc độ lan truyền vết nứt tỷ lệ thuận với ứng suất tác dụng. Dưới mức ứng suất tới hạn (2 MPa), tốc độ phát triển vết nứt là không đáng kể trong thời gian sử dụng thực tế.

Thời gian bắt đầu ESC định lượng như một hàm của ứng suất ứng dụng

Thử nghiệm có kiểm soát trong 70% HNO₃ ở nhiệt độ 150 độ đã xác định được những điều sau đây đối với PFA. Ở mức ứng suất 1 MPa, thời gian bắt đầu ESC vượt quá 10.000 giờ và không xảy ra vết nứt. Ở mức 2 MPa (tối đa cho phép), thời gian khởi động là 5.000-10.000 giờ và có thể xảy ra các vết nứt nhỏ. Ở áp suất 3 MPa, thời gian bắt đầu là 1.000-2.000 giờ và vết nứt ở mức vừa phải. Ở áp suất 4 MPa, thời gian bắt đầu là 200-500 giờ và vết nứt rất nghiêm trọng. Ở áp suất 5 MPa, thời gian bắt đầu là 50-100 giờ và vết nứt nhanh chóng xảy ra.

Hướng dẫn ứng suất kéo tối đa cho phép

Thực hiện một đặc điểm kỹ thuật có hiểu biết

Đối với bộ gia nhiệt ngâm PFA trong axit nitric 70% ở 150 độ, hãy thiết kế hệ thống đỡ bộ gia nhiệt để giữ ứng suất kéo trong PFA dưới 2 MPa. Sử dụng giá đỡ-giảm căng thẳng và tránh những khúc cua quá chặt. Bằng cách kiểm soát ứng suất tác dụng, kỹ sư ngăn ngừa hiện tượng nứt do ứng suất môi trường.