Vees lahustunud kloorgaas (Cl₂) -sageli desinfitseerimissüsteemides, basseinides ja kommunaalveepuhastusseadmetes-on tugev oksüdeerija, mis aja jooksul ründab PFA pindu. Erinevalt hüpokloriti lahustest (pleegitus), mis põhjustavad kiiret lagunemist, põhjustab lahustunud gaas tüüpilistes kontsentratsioonides (1–10 ppm) pinna järkjärgulist muutumist. Pärast 1000 tundi pidevat kokkupuudet temperatuuril 40 kraadi (tüüpiline basseini temperatuur) 5 ppm lahustunud Cl2-ga suureneb PFA pinna kõvadus 5–10 Shore D ühiku võrra (65–68–70–75). Pind muutub rabedamaks, purunemisvenivus väheneb 300%-lt 150–200%-le. Kõvaduse suurenemine piirdub välimise 50–150 µm kihiga; puistematerjal jääb muutumatuks. Kõrgematel temperatuuridel (60–80 kraadi) või kõrgemal kloorikontsentratsioonil (20–50 ppm) toime kiireneb ja pinna pragunemine võib tekkida 500 tunni jooksul.
Kloori rünnakumehhanism PFA-le
Lahustunud kloorgaas hüdrolüüsib vees, moodustades hüpokloorhappe (HOCl) ja vesinikkloriidhappe (HCl): Cl2 + H2O → HOCl + HCl. Nii HOCl kui ka HCl on agressiivsed. HOCl on tugev oksüdeerija, mis eraldab vesinikuaatomeid PFA ahela otstest (kuigi PFA-s on väga vähe vesinikke, on olemas mõned jääk--CF2H-otsrühmad). Reaktsiooni käigus asendatakse fluor hapnikuga, luues karbonüülfluoriidi (-COF) ja karboksüülrühma (-COOH) rühmad. Need polaarsed rühmad suurendavad pinnaenergiat (18–20 mN/m kuni 25–35 mN/m), mis paradoksaalselt vähendab veekontakti nurka ja võib parandada märguvust. Veelgi olulisem on see, et oksüdeeritud pinnakiht muutub ristseotuks ja kõveneb. Kõvaduse suurenemine korreleerub pinnakihi kristallilisuse suurenemisega (45%-lt 55–60%), kuna eelistatavalt rünnatakse ja korraldatakse ümber amorfseid piirkondi.
Reaktsioon sõltub temperatuurist-. 25 kraadi juures on kõvaduse tõus 1000 tunni pärast 5 ppm Cl2 juures 2–4 Shore D ühikut. 40 kraadi juures on see 5–10 ühikut. 60 kraadi juures on see 10–15 ühikut ja pinnale tekivad mikropraod. 80 kraadi juures laguneb PFA 5 ppm kloorivees 200–500 tunni jooksul tugeva pinna pragunemise ja rabeduse tõttu. Sel põhjusel peaksid kloori desinfitseerimissüsteemides PFA-soojendid töötama alla 50 kraadi.
Pinna kõvaduse muutus 1000 tunni pärast
| Kloori kontsentratsioon (ppm) | Temperatuur (kraad) | Esialgne kõvadus (Shore D) | Kõvadus pärast 1000 tundi (Shore D) | Suurendamine (D kallas) | Pinna seisukord | Pikendus katkemise ajal kinnipidamine (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 (kontroll) | 40 | 66 | 66 | 0 | Sile, läikiv | 100% |
| 1 | 40 | 66 | 68–69 | 2–3 | Kerge tuhmumine | 90–95% |
| 5 | 40 | 66 | 70–73 | 4–7 | Tuim, kergelt krobeline | 70–80% |
| 10 | 40 | 66 | 72–75 | 6–9 | Tuhm, nähtav mikro{0}}karedus | 60–70% |
| 5 | 25 | 66 | 68–70 | 2–4 | Kerge tuhmumine | 85–90% |
| 5 | 50 | 66 | 72–76 | 6–10 | Tuim, peen hullus | 65–75% |
| 5 | 60 | 66 | 75–80 | 9–14 | 10× nähtavad mikropraod | 40–60% |
| 5 | 80 | 66 | N/A (ebaõnnestunud) | N/A | Pinna lõhenemine, rabestumine | <20% |
| 20 | 40 | 66 | 74–78 | 8–12 | Pöörane, valge pinnakiht | 50–65% |
| 50 | 40 | 66 | 78–82 | 12–16 | Pragunemine, pinna puuderdamine | 30–50% |
Kütteseadme töö praktilised tagajärjed
Basseinisoojendite (25–30 kraadi, 1–5 ppm Cl₂) puhul on kõvaduse tõus 1000 tunni pärast väike (2–5 Shore D). Kütteseade jääb funktsionaalseks ja pinna rabestumine ei põhjusta pragunemist normaalse termilise tsükli korral (ΔT=10–20 kraadi). Eeldatav eluiga on 5–10 aastat. Munitsipaalvee desinfitseerimissüsteemides, kus temperatuur ulatub 40–50 kraadini, muutub kõvaduse kasv märgatavaks (5–10 Shore D). Küttekeha pind muutub tuhmiks ja vähem painduvaks. Soojustsükkel (igapäevane sisse/välja lülitamine) võib 2–3 aasta pärast põhjustada pinnale peeneid pragusid. Soovitatav on vahetada 3–5 aasta pärast.
Tööstuslikuks klooriga desinfitseerimiseks kõrgel temperatuuril (50–80 kraadi) ei soovitata PFA-d olenemata kontsentratsioonist. Kloori ja kõrge temperatuuri kombinatsioon põhjustab pinna kiiret lagunemist, pragunemist ja lõpuks metallist südamiku läbitungimist. Alternatiivsed materjalid kõrgel -temperatuuril kloori kasutamiseks on titaan (passiveerib kloorivees) või ECTFE (Halar), millel on parem kloorikindlus kui PFA.
Pinna kõvaduse testimine seisukorra hindamiseks
Klooriga töötavate PFA-soojendite puhul ennustab iga-aastane pinna kõvaduse test järelejäänud eluiga. Kasutage kaasaskantavat Shore D duromeetrit (ASTM D2240). Mõõtke veealuse osa kolmest kohast (alt, keskel, üleval). Kõvaduse suurenemine 5–10 ühiku võrra üle esialgse väärtuse (66–68) näitab mõõdukat lagunemist; kütteseadmel on tõenäoliselt aega 2–3 aastat. Kõvaduse suurenemine 10–15 ühiku võrra näitab tõsist lagunemist; Soovitatav on asendada 12 kuu jooksul. Kõvaduse suurenemine üle 15 ühiku või nähtav pinnapragunemine nõuab viivitamatut asendamist. Korrelatsioon kõvaduse suurenemise ja järelejäänud eluea vahel on empiiriline, kuid kloorikahjustatud PFA puhul usaldusväärne.
Kütteseadmete puhul, mille kõvadus on juba suurenenud, vähendage võimaluse korral töötemperatuuri. Iga 5 kraadi vähendamine vähendab lagunemiskiirust poole võrra (Arrheniuse käitumine). Küttekeha puhul, mis töötab 50 kraadi juures ja 10-ühikulise kõvaduse kasvuga, pikendab temperatuuri langetamine 40 kraadini ülejäänud eluiga 2 aastalt 4 aastani.
Järeldus: kõvaduse suurenemine 5–10 ühiku võrra pärast 1000 tundi 40 kraadi juures /5 ppm Cl₂
Pärast 1000 tundi kokkupuudet lahustunud kloorigaasiga (5 ppm) vees 40 kraadi juures suureneb PFA-kuumuti pinna kõvadus 5–10 Shore D ühiku võrra (66–68-lt 70–75-le). Pind muutub rabedaks, purunemispikenemine langeb 300%-lt 70–80%-le. Lagunemine piirdub välimise 50–150 µm kihiga ega põhjusta kohe riket, vaid vähendab küttekeha vastupidavust termilisele tsüklile ja mehaanilisele pingele. Tüüpiliseks basseini- ja linnavee desinfitseerimiseks (25–40 kraadi, 1–5 ppm) on PFA-soojendite vastuvõetav kasutusiga 5–10 aastat. Tööstuslike rakenduste puhul üle 50 kraadi PFA ei ole soovitatav. Iga-aastane Shore D kõvaduse testimine on lihtne ja mittepurustav meetod lagunemise hindamiseks ja asendamise ajastuse ennustamiseks. Kõvaduse suurenemine üle 15 ühiku või mis tahes nähtav pinna pragunemine nõuab küttekeha viivitamatut väljavahetamist. Jälgige kõvadust, kontrollige temperatuuri ja vahetage enne riket. Kloor ja kõrge temperatuur on PFA vaenlased; hallata mõlemat ja teie kütteseade kestab.
