Локальное накопление тепла, вызванное захваченными статическими пузырьками воздуха
Резервуары для гальваники, травления печатных плат и переработки часто задерживают пузырьки воздуха на поверхностях погружного нагревателя из ПТФЭ во время заполнения жидкостью, запуска насоса или перемешивания воздуха. Большинство операторов уделяют внимание только скорости циркуляции жидкости, игнорируя воздушные карманы, прилипающие к стенкам труб, которые действуют как теплоизоляторы. Зоны,-покрытые пузырьками, теряют жидкостное охлаждение и образуют концентрированные горячие точки, тогда как участки,-без пузырьков, сохраняют нормальное рассеивание тепла. Чередование горячих-сухих пузырьковых зон и влажных охлаждаемых зон приводит к циклическому тепловому напряжению; в сочетании с концентрированной конденсацией коррозионного пара под краями пузырьков это двойное повреждение резко ускоряет локальное старение нагревателя. Лабораторные испытания в непрерывном потоке показывают, что нагреватели без постоянного воздухозаборника сохраняют стабильный срок службы в течение 18–24 месяцев, тогда как в устройствах с частым статическим прилипанием пузырьков в течение 10 месяцев развиваются частичные вздутия и микро-трещины. В этой статье анализируются механизмы разрушения композита, вызванные воздушными пузырьками, объясняется основной инженерный компромисс-между интенсивностью воздушного перемешивания и устранением пузырьков на поверхности нагревателя, а также приводятся градуированные стандарты соответствия нагревателей с защитой от-пузырей.
Основной инженерный компромисс-между воздушным перемешиванием и температурной однородностью
Барботирование большого-объема воздуха обеспечивает равномерное смешивание химикатов в ванне и предотвращает осаждение осадка, однако чрезмерная аэрация приводит к образованию огромных крошечных пузырьков, которые прилипают к поверхности трубок нагревателя и блокируют теплообмен. -Осторожное перемешивание или рециркуляция с низким расходом-только смешивание устраняет постоянный захват воздуха и обеспечивает полный контакт жидкости для рассеивания тепла, но слабое перемешивание легко вызывает химическое расслоение и накопление осадка на дне резервуара. Стандартный гладкий погружной нагреватель из ПТФЭ имеет равномерное поверхностное натяжение без текстурированной обработки, препятствующей образованию пузырьков. Плоские сплошные поверхности позволяют пузырькам воздуха стабильно прикрепляться и образовывать долговременные-горячие точки с термическим барьером.
Таблица степени тяжести захвата воздуха и риска разрушения погружного нагревателя из ПТФЭ
| Коэффициент покрытия статических пузырьков на трубке нагревателя | Ежедневная продолжительность непрерывного прилипания пузырьков | Скорость локальной термической деградации | Средний стабильный срок службы | Рекомендуемая конструкция противо-нагревателя, препятствующего образованию пузырьков |
|---|---|---|---|---|
| Площадь трубки ниже 5 %, недолговечные-плавающие пузырьки. | Меньше или равно 3 часам ежедневного пузырькового освещения | Медленное слабое охрупчивание матовой поверхности | 17–23 месяца | Стандартный погружной нагреватель из полированного формованного ПТФЭ. |
| 5–15 % площади трубки, полу-стабильные пузырьковые кластеры | 3–7 часов стойкие воздушные карманы | Умеренное горизонтальное расширение микро-трещин по границам пузырьков | 11–15 месяцев | Погружной нагреватель из ПТФЭ с микро-рифлеными анти-адгезионными стенками средней толщины- |
| Площадь трубки более 15%, большие фиксированные пузырьковые слои | Более 7 часов непрерывного пузырькового освещения | Быстрое образование вздутий на поверхности и локальное истончение стенок | 4–9 месяцев | Литой погружной нагреватель из PTFE с толстыми-текстурированными-непузырчатыми стенками и бесшовным корпусом |
Двойной механизм разложения с воздушными пузырьками
Воздух обладает чрезвычайно низкой теплопроводностью. Когда пузырьки плотно прилипают к поверхности трубок из ПТФЭ, тепло, выделяемое внутри нагревателя, не может передаваться в окружающую технологическую жидкость. Зона,-покрытая пузырьками, быстро накапливает тепло и превышает безопасную постоянную рабочую температуру, вызывая частичное термическое разложение молекулярных цепей фторполимера и образование хрупких микро-трещин. На границах краев пузырьков коррозионный пар постоянно конденсируется в высококонцентрированную химическую пленку. Каждый цикл нагрева приводит к перегреву конденсата под краями пузырьков; Колебания насоса или сдвиги уровня жидкости временно вытесняют пузырьки для быстрого охлаждения, создавая повторяющиеся влажные-сухие термические удары, которые расширяют граничные трещины. Коррозионная жидкость просачивается в-поверхностные микротрещины-, образованные пузырьками, и проникает в зазоры между внешней оболочкой из ПТФЭ и внутренней изоляцией. Остатки проводящих ионов создают постоянные каналы утечки внутри слоев изоляции, постепенно снижая общее сопротивление изоляции. Повреждения концентрируются в виде разрозненных участков неправильной формы, соответствующих местам длительного-прикрепления пузырьков.
Производственные опасности, вызванные термическим повреждением воздухозаборников
Локальные точки перегрева,-вызванные пузырьками, создают неравномерное распределение температуры в резервуаре, что приводит к неравномерной толщине покрытия или глубине травления и увеличению количества брака заготовок. Прогрессирующие микротрещины-по границам пузырьков постепенно снижают сопротивление изоляции, вызывая частое отключение питания защиты от утечек-и прерывая графики непрерывного серийного производства. Сильное локальное термическое утончение под фиксированными пузырьковыми слоями в конечном итоге приводит к образованию сквозных отверстий в трубах, что обеспечивает прямой контакт между нагревательными проводами и коррозионной жидкостью ванны и приводит к внезапному короткому-выходу из строя нагревателя. Треснутые шероховатые зоны контакта с пузырьками легко задерживают осадок и металлический мусор, образуя дополнительные тепло-изолирующие слои загрязнения, которые усиливают тепловую перегрузку и ускоряют старение в цикле само-ухудшения.
Решения по градуированному согласованию и устранению воздушных захватов
В резервуарах с низкой-аэрацией и минимальным количеством временных пузырьков можно использовать стандартный погружной нагреватель из полированного формованного ПТФЭ; после заливки жидкости запустите циркуляционные насосы на полной-скорости на 15 минут, чтобы смыть остатки пузырьков воздуха. Полу-линии травления печатных плат со средним перемешиванием воздуха и умеренной пузырьковой адгезией выбирают погружной нагреватель из ПТФЭ с микро-бороздками, противо-средней толщины-стенок. Прерывистая текстура поверхности нарушает непрерывное прикрепление пузырьков и ускоряет их отделение под действием потока жидкости. Резервуары для переработки отходов с-барботажем-воздухом и широко распространенными фиксированными пузырьковыми слоями должны быть оборудованы цельнотолстыми-стенками с текстурированной защитой от-бесшовных формованных ПТФЭ-нагревателей. Усиленная толщина стенок компенсирует долгосрочный-локальный перегрев и коррозию конденсата под скоплениями пузырьков. Правила оптимизации вспомогательной аэрации: располагать воздухораспределители вдали от мест установки обогревателей; установите последовательность запуска насоса и аэратора в шахматном порядке, чтобы удалить захваченный воздух; установите перегородки, гомогенизирующие поток, для непрерывного смывания остатков пузырьков с поверхностей труб.
Заключение
Локализованный преждевременный термический отказ погружного нагревателя из ПТФЭ из-за захвата воздуха происходит из-за теплового-блокирования статических пузырьков воздуха, вызывающего концентрированный перегрев и попеременную влажную-сухую концентрированную паровую коррозию по краям пузырьков, а не из-за равномерной полной-химической эрозии жидкости. Обычный ПТФЭ с однородными-стенками не имеет текстурированной противо-поверхности и локальной утолщенной термической защиты для постоянных зон прикрепления пузырьков. Оптимизация схемы аэрации и процедур запуска для уменьшения захвата воздуха, а также выбор текстурированных противо-адгезионных или полностенных-формованных конструкций нагревателей в соответствии с коэффициентом покрытия пузырьков может эффективно сдерживать распространение трещин по границам пузырьков и локальное термическое вздутие. Специальная текстура поверхности, препятствующая-пузырькам, и параметры толщины усиленных стенок труб могут быть разработаны на основе интенсивности аэрации для поддержания полного контакта с жидкостью и стабильного отвода тепла для резервуаров химической обработки с воздушным-перемешиванием.
