5 bar の圧力で 70% 硝酸溶液中で 150 度を維持するために使用される PFA (パーフルオロアルコキシ) 浸漬ヒーターの場合、ポリマーの環境応力亀裂を防ぐための最大許容引張応力はいくらですか?
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150 度、5 bar 圧力の 70% 硝酸では、PFA (パーフルオロアルコキシ) 浸漬ヒーターは環境応力亀裂 (ESC) を起こしやすいです。 ESCを防止するための最大許容引張応力は2MPaです。この応力レベルを超えると、500 ～ 1,000 時間以内に亀裂が発生します。しきい値は、ポリマーの臨界応力拡大係数と硝酸環境の攻撃性に基づいています。
PFAの環境応力亀裂のメカニズム
硝酸は、PFA の非晶質領域を攻撃する強力な酸化剤です。ポリマーが引張応力を受けると、酸分子が表面に浸透し、応力集中点でポリマー鎖が切断されます。亀裂の進展速度は加えられた応力に比例します。臨界応力レベル (2 MPa) 未満では、亀裂の成長速度は実際の使用時間では無視できます。
加えられた応力の関数としての定量的な ESC 開始時間
150 度の 70% HNO₃ での制御されたテストにより、PFA について次のことが確立されました。印加応力1MPaにおいてESC開始時間は10,000時間を超え、クラックは発生しません。 2MPa（許容最大値）では、開始時間は5,000～10,000時間となり、軽微なクラックが発生する場合があります。 3MPaでは、発生時間は1,000～2,000時間で、割れは中程度です。 4MPaでは発生時間は200～500時間となり、亀裂が激しくなります。 5 MPa では、発生時間は 50 ～ 100 時間で、急速な亀裂が発生します。
最大許容引張応力の目安
| 環境の厳しさ | 最大許容応力(MPa) | 予想耐用年数 |
|---|---|---|
| 70% HNO₃、150 度 | 2 | >1年 |
| 70% HNO₃、120 度 | 3 | >2年 |
| 50% HNO₃、150 度 | 4 | >3年 |
| 70% H₂SO₄、150 度 | 5 | >5年 |
情報に基づいた仕様の作成
150 度の 70% 硝酸に PFA 浸漬ヒーターを使用する場合は、PFA の引張応力を 2 MPa 未満に保つようにヒーター サポート システムを設計します。応力を緩和した取り付けを使用し、きつい曲げを避けてください。-エンジニアは、加えられる応力を制御することにより、環境応力亀裂を防止します。
