Για έναν θερμαντήρα θήκης PFA (υπερφθοροαλκοξυ) που χρησιμοποιείται για τη διατήρηση 160 μοιρών σε διάλυμα θειικού οξέος 90% σε ατμοσφαιρική πίεση, ποιο είναι το μέγιστο επιτρεπόμενο πάχος τοιχώματος για να διατηρείται το πολυμερές κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού στη διεπαφή σύρματος αντίστασης;

Η θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού (Tg) του PFA είναι περίπου 160 βαθμοί σε θειικό οξύ 90% στους 160 βαθμούς. Η θερμοκρασία της διεπαφής του σύρματος είναι υψηλότερη από αυτή του χύδην οξέος λόγω της ροής θερμότητας μέσω του τοιχώματος PFA. Με πυκνότητα ισχύος 8 W/cm² το μέγιστο επιτρεπόμενο πάχος τοιχώματος για διατήρηση της επαφής κάτω από 160 μοίρες είναι 0,25 mm. Σε χοντρά τοιχώματα η επαφή του σύρματος υπερνικά το Tg, με αποτέλεσμα το πολυμερές μαλάκωμα, ερπυσμό και τελικά αστοχία. Ο υπολογισμός βασίζεται στο ΔT=q × t / k, με k=0.25 W/m·K. Θερμική υποβάθμιση στη διεπαφή του σύρματος Το PFA μετατρέπεται από υαλώδη σε ελαστική κατάσταση στο ή πάνω από το Tg της επαφής του σύρματος. Το πολυμερές χάνει τη μηχανική του αντοχή και σέρνεται κάτω από την καταπόνηση του σύρματος αντίστασης. Το σύρμα μπορεί να βυθιστεί στο μαλακωμένο πολυμερές, οδηγώντας σε βραχυκύκλωμα ή εκθέτοντας το καλώδιο στο διαβρωτικό οξύ. Μόλις ξεπεραστεί η Tg, η αποικοδόμηση είναι ταχεία. Ποσοτική θερμοκρασία σύρματος έναντι πάχους τοιχώματος Για 90% H2SO4 σε 160 μοίρες , 8 W/cm² πυκνότητα ισχύος Πάχος τοιχώματος (mm) ΔT πάνω από PFA (βαθμός )Θερμοκρασία σύρματος ( βαθμός )PFA Condition 0.15 48 208 Πάνω από Tg, Tg, softening 0.25 80 240 Πάνω από Tg, γρήγορο ερπυσμό 0.30 96 256 Σχεδόν τήξη, επικείμενη αστοχία 0.35 112 272 Τήξη, άμεση αστοχία Περίληψη: PFA δεν είναι κατάλληλο στους 160 βαθμούς με μεγάλη ροή θερμότητας Η θερμοκρασία διεπαφής του σύρματος (208 μοίρες ) είναι υψηλότερη από το πάχος Tg (160 μοίρες) ακόμη και στους 160 βαθμούς. Έτσι το PFA δεν είναι κατάλληλο ως θήκη θερμαντήρα στους 160 βαθμούς με οποιαδήποτε λογική πυκνότητα ισχύος. Άλλα υλικά όπως PEEK (Tg=143 βαθμός , αλλά μεγαλύτερη θερμοκρασία συνεχούς χρήσης), πολυιμίδιο ή μεταλλικά περιβλήματα (ταντάλιο, τιτάνιο) θα πρέπει να διερευνηθούν. Σύνταξη καλών προδιαγραφών Για 90% H2SO4 στους 160 C, δεν πρέπει να χρησιμοποιείται θερμαντήρας PFA. Προσδιορίστε τον θερμαντήρα τανταλίου ή καρβιδίου του πυριτίου. Ο μηχανικός επιλέγει ένα υλικό που μπορεί να αντέξει σε υψηλές θερμοκρασίες για να παρέχει αξιόπιστη λειτουργία.