Sob um aquecedor de bainha PFA operando em ácido sulfúrico 98% a 180 graus, por que o polímero exibe uma camada superficial cristalina branca após 500 horas e como isso afeta a condutividade térmica?

Após exposição a ácido sulfúrico a 98% a 180 graus por 500 horas, o PFA (perfluoroalcoxi) forma uma camada superficial branca e cristalina. É composto por cadeias de PFA recristalizadas altamente orientadas que foram recozidas pelo efeito combinado de calor e ácido. A recristalização da superfície aumenta a cristalinidade do polímero de 35–45% (extrudado) para 55–65% na camada superficial. A camada cristalina exibe uma maior condutividade térmica (0,35-0,40 W/mK) do que a região amorfa (0,20-0,25 W/mK), levando a uma melhoria geral de 15-25% na transferência de calor. A camada é estável e não apresenta sinais de deterioração.

Mecanismo de recristalização-induzida por ácido de PFA

O PFA está acima de sua temperatura de transição vítrea (160 graus), mas abaixo de sua temperatura de fusão (260 graus) a 180 graus. O ácido sulfúrico concentrado plastifica as regiões amorfas e resulta em uma reorganização das cadeias poliméricas em estruturas cristalinas mais ordenadas. A recristalização é um evento superficial (20–50 µm de profundidade), uma vez que o ácido não pode se difundir mais profundamente no polímero. A cor branca é causada pela dispersão da luz pelos cristalitos. É semelhante ao recozimento e não degrada a resistência mecânica.

Mudança Quantitativa de Cristalinidade e Condutividade Térmica

O seguinte foi determinado a partir de testes controlados de PFA em 98% de H2SO4 a 180 graus. Tempo (h) Cristalinidade da superfície (%) Condutividade térmica em massa (W/m·K) Aparência da superfície 0 35–45 0.22–0,26 Translúcida A cristalinidade da superfície é de 45-50% e a condutividade térmica é de 0,24-0,28 W/mK e a superfície fica um pouco esbranquiçada após 100 horas. A cristalinidade da superfície em 500 horas é de 55-65%, a condutividade térmica é de 0,28-0,32W/m·K e a superfície é branca e opaca. Às 1.000 horas, a cristalinidade da superfície é de 60-70%, a condutividade térmica é de 0,30-0,35 W/m·K e a superfície é totalmente branca. A cristalinidade estabiliza cerca de 2.000 horas e permanece constante depois disso.

Efeito da recristalização nas propriedades mecânicas

Tempo de exposição (horas) Cristalinidade da superfície (%) Cristalinidade em massa (% ) Retenção de resistência à tração (% Retenção de alongamento % 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 Implicações no desempenho do aquecedor

Esta camada superficial cristalina é boa para transferência de calor devido à sua maior condutividade térmica. A pequena queda no alongamento na ruptura (80–85% de retenção após 2.000 horas) é adequada para a maioria das aplicações. Sem flocos-sem casca-sem flocos. Nenhuma mitigação necessária. O aquecedor pode funcionar normalmente. Se for necessária uma superfície translúcida para inspeção visual, um abrasivo leve pode ser usado para remover o revestimento.

Estabelecendo uma especificação-bem informada

Para um aquecedor de bainha PFA em ácido sulfúrico a 98% a 180 graus, você pode esperar ver uma camada superficial cristalina branca após 500 horas. A camada aumenta a condutividade térmica e não indica falha. Especifique o PFA padrão, sem necessidade de classes especiais. O engenheiro sabe que a recristalização da superfície é um evento natural e evita a substituição desnecessária de aquecedores utilizáveis.