I 90 % svovelsyre ved 160 grader er glassovergangstemperaturen (Tg) til PFA omtrent 160 grader. Trådgrensesnitttemperaturen er høyere enn bulksyretemperaturen på grunn av varmefluks gjennom PFA-veggen. Maksimal tillatt veggtykkelse for å holde grensesnittet under 160 grader er 0,25 mm for en effekttetthet på 8 W/cm². Tykkere vegger fører til at trådgrensesnittet overskrider Tg, noe som fører til mykning av polymeren, krypning og eventuelt feil. Beregningen bruker ΔT=q × t / k, hvor k=0.25 W/m·K.
Mekanismen for termisk degradering ved ledningsgrensesnittet
Når trådgrensesnitttemperaturen overstiger Tg, går PFA over fra en glassaktig til en gummiaktig tilstand. Polymeren mister mekanisk styrke og begynner å krype under trykket fra motstandstråden. Tråden kan synke ned i den myknede polymeren, skape en kortslutning eller utsette ledningen for den etsende syren. Nedbrytningen er rask når Tg er overskredet.
Kvantitativ trådtemperatur som en funksjon av veggtykkelse
For 90 % H₂SO₄ ved 160 grader med 8 W/cm² effekttetthet:
| Veggtykkelse (mm) | ΔT over PFA ( grad ) | Trådtemperatur (grad) | PFA Tilstand |
|---|---|---|---|
| 0.15 | 48 | 208 | Over Tg, mykning |
| 0.20 | 64 | 224 | Over Tg begynner krypningen |
| 0.25 | 80 | 240 | Over Tg, rask krypning |
| 0.30 | 96 | 256 | Nær smelting, feil overhengende |
| 0.35 | 112 | 272 | Smelting, umiddelbar feil |
Konklusjon: PFA Ikke egnet ved 160 grader med betydelig varmestrøm
Selv med en veggtykkelse på 0,15 mm, overskrider trådgrensesnitttemperaturen (208 grader ) Tg (160 grader ). Derfor kan ikke PFA brukes som varmekappe ved 160 grader med noen praktisk effekttetthet. Alternative materialer som PEEK (Tg=143 grad, men høyere kontinuerlig brukstemperatur), polyimid eller metallkapper (tantal, titan) bør vurderes.
Lage en informert spesifikasjon
For 90 % H₂SO4 ved 160 grader, ikke bruk en PFA-varmer. Spesifiser en tantal- eller silisiumkarbidvarmer. Ved å velge et materiale med høy-temperatur, sikrer ingeniøren pålitelig drift.
