Да, додавање 0,1% натријум додецил сулфата (СДС) или других ањонских сурфактаната у кисело купатило (нпр. 10% ХЦл на 80 степени) смањује критични стрес за пуцање ПФА под стресом околине (ЕСЦ) за 40–60%. Сурфактант снижава површински напон киселине, омогућавајући јој да потпуније навлажи површину ПФА и лакше продре у микропукотине. СДС се такође адсорбује на површину полимера, нарушавајући густину кохезивне енергије и промовишући стварање лудила. У чистом 10% ХЦл, критични напон за ЕСЦ је 5–7 МПа. Са 0,1% СДС-а, он пада на 2–3 МПа – опсег у којем заостали производни напон или термички циклусни напон могу изазвати пуцање. За ПФА грејаче у киселим купкама које садрже површински активне материје (нпр. растворе за чишћење, емулговане течности за обраду метала, купке за кисељење уз помоћ сурфактаната-), смањите дозвољено напрезање за 50% или користите ПФА са вишим степеном кристалности.
ЕСЦ Смањење критичног напрезања према типу сурфактанта
| Сурфактант | Концентрација | кисела база (10% ХЦл, 80 степени) | критични напон (МПа) | Редукција у односу на без сурфактанта | Механизам |
|---|---|---|---|---|---|
| Ниједан | 0% | Да | 6.0–7.0 | 0% | Баселине |
| СДС (ањонски) | 0.05% | Да | 3.5–4.5 | 35–40% | Смањење површинског напона |
| СДС | 0.10% | Да | 2.0–3.0 | 55–65% | Адсорпција + пластификација |
| СДС | 0.50% | Да | 1.0–1.5 | 75–80% | Озбиљно |
| ЦТАБ (катјонски) | 0.10% | Да | 2.5–3.5 | 45–55% | Слично као СДС |
| Тритон Кс-100 (нејонски) | 0.10% | Да | 3.0–4.0 | 40–50% | Нешто блаже |
| натријум стеарат (сапун) | 0.10% | Да | 2.5–3.5 | 45–55% | Иста класа као СДС |
Механизам: пластификација{0}}индукована сурфактантима
СДС молекули имају хидрофилну главу (сулфат) и хидрофобни реп (Ц12 алкил ланац). Реп се адсорбује на површину ПФА (слично као што се адсорбују флуоросурфактанти). Адсорбовани слој делује као пластификатор, повећавајући покретљивост ланца у аморфним регионима. Ово смањује стрес потребан за покретање лудила. Поред тога, сурфактант смањује површински напон (са 72 мН/м на 30-35 мН/м), омогућавајући киселини да ефикасније навлажи врх пукотине, убрзавајући ширење.
Практичне импликације за дизајн грејача
| Сервице Цондитион | Концентрација сурфактанта | Препоручени ПФА разред | Максимални дозвољени примењени напон (МПа) | Акција |
|---|---|---|---|---|
| Кисело купатило, без сурфактанта | 0% | Стандард | 5.0 | Нормалан дизајн |
| Кисело купатило са СДС | 0.05–0.10% | Висока кристалност (жарено) | 3.0 | Смањите стрес, смањите густину вата |
| Кисело купатило са СДС | >0.10% | Висока кристалност + ослобађање од стреса | 2.0 | Користите метални грејач или обложен резервоар |
| Само сурфактант (без киселине) | 0.10% | Стандард | 4.0 | Благи ефекат |
| Acid + SDS + high temperature (>90 степени) | 0.10% | Не препоручује се | <1.0 | Користите кварц или метал |
Пример поља
Постројење за завршну обраду метала користило је купку од 10% Х₂СО₄ са 0,1% СДС као средство за влажење за кисељење. ПФА грејачи (2 мм зид, стандардна класа) напукли након 6 месеци. Критични напон ПФА је измерен на 2,5 МПа у кади (вс. 6 МПа без СДС). Заостали напон у грејачу (од екструзије) је процењен на 3–4 МПа – изнад критичног напона. Постројење је прешло на жарени ПФА (кристалитет 58%, резидуални стрес<1 MPa). No further cracking occurred. The plant also added stress relief annealing to the manufacturing process.
Тестирање ефекта сурфактанта
Да бисте утврдили да ли је одређена комбинација{0}}киселина тензида штетна:
Потопите ПФА шипке за испитивање затезања (АСТМ Д638) у киселину + сурфактант на радној температури.
Примените константан напон (нпр. 2, 3, 4, 5 МПа) користећи тестер пузања.
Забележите време до покретања пукотине (визуелно испод увећања од 10×).
Стрес заплета наспрам времена до неуспеха. Ако дође до квара на<3 MPa within 1,000 hours, the surfactant is problematic.
За брзи тест: користите методу савијене траке (АСТМ Д543). Савијте ПФА траку (180 степени) око трна различитих радијуса, уроните у раствор. Најмањи радијус који не изазива пуцање за 24 сата указује на критично напрезање.
Стратегије ублажавања
Користите жарени ПФА: Смањује заостали стрес на<1 MPa, below the new critical threshold.
Повећајте дебљину зида: Дебљи зид распоређује напон, али критични напон је материјална својина; дебљи зид не подиже критично напрезање.
Смањите концентрацију сурфактанта: Чак 0,05% је штетно; минимизирати на<0.02% if possible.
Промените сурфактант: Не-јонски сурфактанти (Тритон Кс-100) су нешто мање агресивни од СДС. Тестирајте пре употребе.
Користите ПФА са већом молекулском тежином: Мање подложан ЕСЦ.
Закључак: Сурфактанти смањују ЕСЦ критични стрес за 40–60%
Присуство 0,1% натријум додецил сулфата (СДС) или других ањонских сурфактаната у киселом купатилу смањује критични стрес за пуцање ПФА под стресом околине са 6–7 МПа на 2–3 МПа – смањење од 50–60%. То је због смањења површинског напона и пластификације изазване адсорпцијом-. За грејаче ПФА у купатилима која садрже сурфактант-које садрже киселину, заостала напрезања од производње (3–5 МПа) могу да премаше нови критични напон, изазивајући превремено пуцање. Користите жарени, високо{14}}кристалини ПФА да бисте смањили заостало напрезање испод 1 МПа. Ако је купка веома агресивна (киселина + сурфактант + висока температура), размислите о металним или кварцним грејачима. Сурфактанти нису безопасни. Они претварају благу киселину у средство за пуцање. Тестирајте, смањите, жарите или избегавајте. Живот вашег грејача зависи од тога.
