یک مبدل حرارتی PTFE پس از اینکه اپراتورها متوجه نشتهای کوچکی در نزدیکی یک خم لوله و در لبه صفحه لوله شدند، از سرویس خارج میشود. بازرسی بصری شبکه ای از ترک های بسیار ریز را نشان می دهد که در امتداد سطح تابش می کنند. نمودارهای سازگاری شیمیایی تایید می کنند که سیال فرآیند برای PTFE قابل قبول است. دمای عملیاتی هرگز از حد طراحی تجاوز نکرد. هیچ نشانه ای از سایش، ضربه یا فشار بیش از حد ظاهر نمی شود. آسیب مکانیکی به نظر می رسد، اما هیچ اضافه بار مکانیکی رخ نداده است. این نوع شکست گیج کننده اغلب منجر به نتیجه گیری های نادرست می شود تا زمانی که مکانیزم کمتر آشکار در نظر گرفته شود: ترک استرس محیطی.
ترک خوردگی تنش محیطی (ESC) یک حالت شکست را توصیف می کند که در آن یک پلیمر به دلیل عملکرد ترکیبی تنش کششی و یک محیط شیمیایی که مقاومت در برابر رشد ترک را تضعیف می کند، شکسته می شود. هیچ یک از عوامل به تنهایی به طور معمول به مواد آسیب نمی رساند. PTFE به طور گسترده ای به دلیل بی اثری شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده است، اما مانند همه پلیمرها دارای یک ریزساختار حساس به تنش های طولانی مدت است. هنگامی که کشش مکانیکی در ماده وجود داشته باشد، برخی از مواد شیمیایی می توانند به طور چشمگیری انتشار ترک را تسریع کنند، حتی اگر پلیمر را از نظر شیمیایی حل یا تجزیه نکنند.
مکانیسم اساساً با خوردگی متفاوت است. در خوردگی، یک ماده شیمیایی با ماده واکنش داده و آن را مصرف می کند. در ترک خوردگی استرس محیطی، ماده شیمیایی به جای حمله به عنوان یک تسهیل کننده عمل می کند. مولکول ها به نواحی سطح میکروسکوپی نفوذ می کنند و انسجام بین مولکولی را کاهش می دهند و انرژی لازم برای گسترش ترک را کاهش می دهند. پس از شروع، ترک تحت تنش های بسیار کمتر از استحکام معمولی مواد منتشر می شود. بنابراین به نظر می رسد مبدل "زیر رتبه بندی" خراب می شود و در طول تجزیه و تحلیل خرابی سردرگمی ایجاد می کند.
تنش پسماند نیروی محرکه را فراهم می کند. لوله ها و خم های مبدل حرارتی PTFE از طریق شکل دهی حرارتی و نصب و راه اندازی شکل می گیرند. حتی در تولید دقیق، تنش های کششی موضعی ایجاد می شود، به ویژه در قسمت بیرونی خم ها که کشش رخ می دهد. نصب میتواند از طریق ناهماهنگی لوله، سفت شدن بیش از حد فلنج، یا محدود شدن انبساط حرارتی، استرس بیشتری ایجاد کند. چرخه حرارتی در حین کار، سپس به طور مکرر این نواحی را بارگیری می کند، و در طول زمان نیروی محرکه ترک- ثابتی را حفظ می کند.
عوامل ترک{0} استرس بخش دوم مکانیسم را فعال میکنند. فلوروپلیمرها در برابر اکثر اسیدها و بازها مقاومت می کنند، اما ترکیبات خاصی هنوز هم می توانند رشد ترک را افزایش دهند. سورفکتانتها یک دسته{3}} شناخته شده هستند زیرا انرژی سطح را کاهش میدهند و به ریزحفرهها نفوذ میکنند. برخی از حلال های آلی در دمای بالا می توانند به طور مشابه عمل کنند، به ویژه هنگامی که با کرنش مکانیکی ترکیب شوند. برخی از افزودنی های فرآیند، عوامل مرطوب کننده و مواد شیمیایی پاک کننده نیز این اثر را دارند. این ماده شیمیایی به طور قابل مشاهده به سطح PTFE حمله نمی کند، بنابراین جداول سازگاری به تنهایی نمی توانند شکست را پیش بینی کنند.
الگوهای ترک مشخصه به تشخیص ESC از سایر آسیب ها کمک می کند. ترک ها معمولاً بسیار ظریف هستند و اغلب در چندین جهت منشعب می شوند. آنها در مناطقی با بیشترین تنش کششی ظاهر می شوند: شعاع خم بیرونی، نزدیک نواحی فلنج گیره دار و اطراف اتصالات ورق لوله. سطح شکستگی معمولاً مات به نظر می رسد تا ذوب یا فرسایش. در مراحل اولیه، مبدل ممکن است آزمایش های فشار را پشت سر بگذارد زیرا ترک ها کم عمق هستند. نشت تنها پس از اتصال آنها از طریق ضخامت دیوار آغاز می شود.
بررسیهای میدانی اغلب تنش پسماند ناشی از نصب{0}}را به عنوان یک عامل تعیینکننده نشان میدهد. کرنش لوله که به نازل مبدل منتقل می شود، صفحه لوله را کمی منحرف می کند و کشش را در اطراف ورودی لوله متمرکز می کند. تحت قرار گرفتن در معرض سورفکتانت خفیف-حاوی جریان های فرآیندی، ترک ها به تدریج در طی ماه ها ایجاد می شوند. محیط به تنهایی به یک جزء بدون تنش آسیب نمی رساند و استرس به تنهایی بدون مواد شیمیایی بی ضرر باقی می ماند. آنها با هم شکست تولید می کنند.
بنابراین پیشگیری مستلزم پرداختن به تأثیرات مکانیکی و شیمیایی است. اقدامات طراحی مکانیکی بسیار موثر است. شعاع خمش بزرگتر کشش بیرونی الیاف را در حین ساخت کاهش میدهد. تراز مناسب لوله ها از بارهای خارجی مداوم جلوگیری می کند. لوله مستقل از توقف لرزش و انتقال وزن به پوسته مبدل پشتیبانی می کند. گشتاور پیچ کنترل شده از تغییر شکل موضعی در فلنج ها جلوگیری می کند. ایجاد فضا برای انبساط حرارتی از بارگذاری کششی چرخه ای در طول تغییرات دما جلوگیری می کند.
بررسی فرآیند به همان اندازه مهم است. شناسایی عوامل بالقوه ترکخوردن استرس در سیال - از جمله مواد افزودنی و محلولهای تمیزکننده - به تعیین خطر کمک میکند. هنگامی که چنین عواملی قابل حذف نباشند، کاهش تنش مکانیکی حتی حیاتی تر می شود. در برخی موارد، گریدهای فلوروپلیمر جایگزین یا روشهای پردازش اصلاحشده، با افزایش درهمتنیدگی مولکولی یا کاهش غلظت تنش داخلی، مقاومت بهتری در برابر انتشار ترک ارائه میدهند.
ترک خوردگی تنش محیطی نشان دهنده یک حالت خرابی ظریف اما{0}}در تجهیزات انتقال حرارت پلیمری است. عدم وجود خوردگی قابل مشاهده اغلب تلاشهای عیبیابی را به سمت دلایل نادرست مانند نقصهای تولید یا افزایش فشار گمراه میکند. ارزیابی دقیق تنش پسماند، شعاع خمش، تراز نصب و ترکیب شیمیایی معمولاً مکانیسم واقعی را نشان میدهد.
عملکرد قابل اطمینان بستگی به تشخیص این موضوع دارد که مقاومت شیمیایی به تنهایی دوام ساختاری را تضمین نمی کند. هنگامی که تنش کششی و عوامل ترک{1}}تنشی با هم وجود داشته باشند، حتی PTFE بسیار بی اثر نیز می تواند زودتر از موعد دچار شکستگی شود. ترکیب ویژگیهای طراحی کاهش{3} استرس و بررسی شیمی فرآیند در طول مشخصات، حاشیه ایمنی عملی را فراهم میکند. برای کاربردهای سخت شامل سورفکتانتها یا مخلوطهای آلی گرم شده، مشاوره با تولیدکنندگان با تجربه و متخصصان مواد، امکان انتخاب جزئیات ساختمانی را فراهم میکند که در برابر انتشار ترک مقاومت کرده و عمر مفید مبدل را افزایش میدهد.
