PEEK (polüeeterketoon) pakub suurepärast tugevust kõrgel{0}}temperatuuril, kuid halba vastupidavust tugevatele hapetele. PFA tagab suurepärase keemilise vastupidavuse hapetele ja alustele, kuid kaotab mehaanilise tugevuse üle 180 kraadi. Koekstrudeeritud kahekihiline ümbris- 200 kraadi juures leeliselistes lahustes (nt 10–30% NaOH, KOH) aga delamineerub PFA/PEEK liides 100–500 tunni jooksul diferentsiaalse soojuspaisumise ja leeliselise rünnaku tõttu sidekihile. CTE mittevastavus on tõsine: PEEK paisub 47 ppm/kraadi juures, PFA 110–120 ppm/kraadi juures. 200 kraadi juures ületab nihkepinge liidesel 5–10 MPa, ületades tüüpilise sidekihi adhesiooni (3–5 MPa). Ilma tõhusa sidekihita toimub delaminatsioon kiiresti. Kõrge temperatuuriga sidekihiga (nt polüeeterimiid või polübensimidasool) pikeneb eluiga 1000–2000 tunnini, kuid ebaõnnestub siiski alla 5000 tunni. Pideva 200-kraadise leeliselise töö jaoks on usaldusväärsem õhukese PFA-kattega (kastetud, mitte koekstrudeeritud) monoliitne PEEK-soojendi või kasutage lihtsalt metallsoojendit (titaani või niklisulam).
Liidese väljakutsed 200 kraadi juures
PFA ja PEEK koekstrusioon on keeruline, kuna nende töötlemistemperatuurid on erinevad (PFA 350–400 kraadi, PEEK 380–420 kraadi) ja tegemist on kokkusobimatud polümeeridega. Vajalik on lipsukiht. Levinud sidekihtide hulka kuuluvad modifitseeritud polüeeterimiid (PEI) või polübensimidasool (PBI). 200 kraadi juures sidekiht pehmeneb (PEI Tg ≈ 217 kraadi, piiri lähedal). Aluselistes lahustes sidekiht hüdrolüüsib. Isegi ilma keemilise rünnakuta tekitab CTE mittevastavus termilise tsükli ajal tsüklilist nihkepinget (toatemperatuur kuni 200 kraadi). PFA kahaneb jahutamisel 6 korda rohkem kui PEEK, tõmbudes liidesest eemale. Pärast 100–500 tsüklit algab delaminatsioon.
Delaminatsiooniaeg vs. keskkond (200 kraadi)
| Ehitus | Lipsukiht | Keskkond | Delaminatsiooni aeg (tunnid) | Rikkerežiim | Kas sobib 200 kraadise leeliselise jaoks? |
|---|---|---|---|---|---|
| PFA/PEEK koekstrudeeritud | Puudub (otsene kontakt) | 20% NaOH | 20–50 | Liideste eraldamine | Ei |
| PFA/PEEK koekstrudeeritud | Muudetud PEI (50 µm) | 20% NaOH | 100–300 | Sidekihi hüdrolüüs | Ei |
| PFA/PEEK koekstrudeeritud | PBI (25 µm) | 20% NaOH | 300–600 | PBI halvenemine | Marginaalne |
| PFA/PEEK koekstrudeeritud | PBI | 10% KOH | 500–1,000 | Aeglane delaminatsioon | Vastuvõetav vahelduvateks |
| PEEK PFA kastmiskattega (0,2 mm) | Puudub (mehaaniline) | 20% NaOH | 1,000–2,000 | Katte kulumine | Vastuvõetav |
| Monoliitne PEEK (ilma PFAta) | N/A | 20% NaOH | >10 000 (keemiline rünnak) | PEEK degradeerub | Ei (halb leelisekindlus) |
| Titaanist küttekeha | N/A | 20% NaOH | >20,000 | Mitte ühtegi | Jah (parim) |
PEEKi keemiline vastupidavus leeliselistes lahustes
PEEK ise on 200 kraadi juures tugevate leeliste suhtes ausalt vastupidav. 10–30% NaOH-s 200 kraadi juures kaotab PEEK 2000 tunni pärast 20–30% oma tõmbetugevusest ja pinnale tekivad praod. Nii et isegi kui delaminatsiooni ei toimu, laguneb PEEK-i sisekiht. Kahekordne{11}}kiht ei lahenda PEEK-i haavatavust. Ainus eelis on see, et PFA välimine kiht kaitseb PEEK-i otsese kontakti eest, kuid PEEK näeb siiski leeliselist, kui PFA praguneb või imbub. 200 kraadi juures tungib NaOH läbi 1 mm PFA 0,5–1,0 g/m²·päevas, jõudes PEEK-i liideseni nädalatega.
Praktilised jõudlusandmed (200 kraadi, 20% NaOH)
| Materjal | Tõmbetugevuse säilimine pärast 2000 tundi (%) | Pinna seisukord | OH⁻ läbitungimiskiirus (suhteline) | Soovitatav Max Temp |
|---|---|---|---|---|
| PFA monoliit | 85–90 | Kerge kollasus | 1.0x | 180 kraadi |
| PEEK monoliit | 65–75 | Pinna kriimustus | 5–10x | 200 kraadi (piiratud eluiga) |
| PFA/PEEK koekstrudeeritud (PBI lips) | 70–80 (üldine) | Delaminatsioon liideses | 1,0x (läbi PFA) | 190 kraadi |
| PTFE (viitena) | 60–70 | Turse | 0.5x | 200 kraadi (aga pehme) |
| Titaan (2. klass) | 100 (metall) | Passiveeritud | N/A | 200 kraadi + |
Alternatiivsed lahendused 200 kraadise leeliselise kuumutamise jaoks
Usaldusväärseks kuumutamiseks 200 kraadi juures kontsentreeritud leelises:
Titaanist küttekeha: 2. või 7. klassi titaan talub lõputult 30% NaOH 200 kraadi juures. Pole vaja polümeeri. Kulud mõõdukad (2–3 × PFA). Parim valik.
Nickel 200 või Hastelloy C-276: vastupidav ka kuumadele leelistele. Veidi madalam hind kui titaan.
Väline küte: soojendage paaki väljastpoolt, kasutades mantliga anumat või lindisoojendeid. Paagi sees olev PFA (või PTFE) vooder talub keemilist vastupidavust; kütteseade ei puutu kunagi leelisega kokku.
Madalam temperatuur: Töötage 200 kraadi asemel 160 kraadi juures. Ainuüksi PFA töötab 160 kraadi juures (eluiga 10+ aastat). Reaktsioonikiirus võib olla aeglasem, kuid töökindlus paraneb järsult.
Välja näide
Keemiatehas vajas 200-kraadist 30% NaOH sukelsoojendit. Nad proovisid koekstrudeeritud PFA/PEEK küttekehasid (PBI lipsukiht). Kõik delamineeriti 4 kuu jooksul (≈1500 tundi). Tehas läks üle titaanist 7. klassi küttekehale (3 mm kest, 6 kW). Titaanist kütteseade on töötanud 5 aastat ilma hoolduseta. Maksumus oli 3× PFA, kuid rikete ja seisakute kõrvaldamine tasus preemia 1 aasta jooksul.
Järeldus: PFA/PEEK kihistub kuuma leelise teenuses
Koekstrudeeritud PFA/PEEK kahe{0}kihiline kest ei talu pidevat 200-kraadist kokkupuudet leeliselistes lahustes (10–30% NaOH) ilma delaminatsioonita. CTE mittevastavus ja sidekihi halvenemine põhjustavad liidese rikke 100–1000 tunni jooksul. PEEK ise laguneb kuumades leelistes. Usaldusväärse 200-kraadise leeliselise kuumutamise jaoks kasutage titaanist või niklist küttekeha – ilma polümeerita. Madalama temperatuuri (vähem kui 160 kraadi) korral piisab ainult PFA-st. Ärge proovige PFA temperatuurivahemikku laiendada, toetades seda PEEK-iga. Liides ebaõnnestub, siis PEEK laguneb. See on kaotav kombinatsioon. Kasutage metalli, minge väljapoole või vähendage temperatuuri. Delaminatsioon ei ole risk – see on kindlus. Vältige kahekordset{19}}kihti kuumades leelistes. Titaan võidab.
