Ootamatu rabe luumurd
PTFE-d peetakse üldiselt keemiliselt inertseks. See maine paneb mõned insenerid määrama PTFE soojusvahetid rakenduste jaoks, mis hõlmavad orgaanilisi lahusteid, ilma üksikasjalikke ühilduvusandmeid kontrollimata. Enamasti on see usaldus õigustatud. Mõnikord põhjustab see hapra toru murdumist, mis näib olevat vastuolus PTFE kemikaalikindluse mainega.
Rike ei tulene tavapärases mõttes keemilisest rünnakust,{0}}lahusti ei lahustu ega korrodeeri PTFE-d. Mehhanism on füüsiline: lahusti molekulid imenduvad polümeeri struktuuri, muutes selle mehaanilisi omadusi. Plastifitseeritud, paisunud toru muutub rabedaks tingimustes, kus eksponeerimata PTFE jääb plastiliseks.
Kõige sagedamini mõjutatud rakendused hõlmavad farmatseutiliste lahustite regenereerimist, spetsiaalset keemilist sünteesi ja puhastusprotsesse, milles kasutatakse segatud orgaanilist{0}}vesikeskkonda kõrgel temperatuuril.
Läbitungimis- ja plastifikatsioonimehhanism
PTFE on väikeste orgaaniliste molekulide jaoks läbilaskev. Fluorosüsiniku struktuur sisaldab vaba ruumala -mikroskoopilisi tühimikke polümeeriahelate vahel-, mille kaudu võivad lahustimolekulid migreeruda. Kõrgendatud temperatuuridel suureneb läbitungimise kiirus eksponentsiaalselt.
Kui lahusti molekulid hõivavad need vabad ruumid, toimivad nad sisemiste määrdeainetena, eraldades polümeeriahelaid ja vähendades molekulidevahelisi jõude. See plastifitseerimine pehmendab PTFE-d, vähendades selle tõmbetugevust ja elastsusmoodulit. Lahusti eemaldamisel on toime pöörduv. Kui toru puutub kokku rõhu all kuuma lahustiga, siis selle mehaanilised omadused on ajutiselt halvenenud.
Lagunemine muutub kriitiliseks koos mehaanilise pingega. Sisemine aururõhk tekitab toru seinas rõngaspinge. Soojuspaisumine tekitab aksiaalset pinget. Toru, mis oma plastifitseerimata olekus kergesti talub neid pingeid, võib imendunud lahustiga plastiseerimisel ebaõnnestuda.
Tabel 1: Orgaanilise lahusti mõju PTFE toru mehaanilistele omadustele kõrgendatud temperatuuril
| Lahusti tüüp | Imendumiskiirus 100 kraadi juures | Mõju tõmbetugevusele | Mõju pikenemisele | Hapra ebaõnnestumise oht |
|---|---|---|---|---|
| Alifaatsed süsivesinikud (heksaan, heptaan) | Kõrge | Mõõdukas vähendamine (20-30%) | Suurendamine (plastifitseerimine) | Madal |
| Aromaatsed süsivesinikud (tolueen, ksüleen) | Väga kõrge | Märkimisväärne vähenemine (30-50%) | Esialgu suurenemine, seejärel vähenemine | Mõõdukas |
| Klooritud lahustid (metüleenkloriid) | Väga kõrge | Tõsine vähenemine (40-60%) | Järsk langus (haprus) | Kõrge |
| Ketoonid (atsetoon, MEK) | Mõõdukas | Mõõdukas vähenemine (15-25%) | Mõõdukas tõus | Madal |
| Estrid (etüülatsetaat) | Kõrge | Märkimisväärne vähenemine (25-40%) | Mõõdukas langus | Mõõdukas |
| Dimetüülformamiid (DMF) | Väga kõrge | Tõsine vähenemine | Tõsine rabedus | Väga kõrge |
| Dimetüülsulfoksiid (DMSO) | Kõrge | Märkimisväärne vähenemine | Mõõdukas rabestumine | Kõrge |
Mõju mõõdetakse küllastunud absorptsioonil pärast 100-tunnist kokkupuudet näidatud temperatuuril. Tegelikud välitingimused võivad hõlmata osalist neeldumist ja tsüklilist kokkupuudet.
Keskkonnastressi lõhenemine
Kõige ohtlikum rikkeviis on keskkonnamõjude lõhenemine. See juhtub siis, kui pingestatud polümeeril, mis puutub kokku konkreetse kemikaaliga, tekivad haprad praod, mis levivad aeglaselt läbi materjali. PTFE on enamiku polümeeridega võrreldes ESC suhtes väga vastupidav, kuid see ei ole immuunne.
ESC nõuab samaaegset tõmbepinge ja spetsiifilise keemilise aine olemasolu. Pinge võib tuleneda tootmisest või kasutustingimustest. Keemiline aine on tavaliselt orgaaniline lahusti, mille molekulaarsed mõõtmed sobivad polümeeri vaba mahuga, võimaldades sügavale tungida pinna mikropragudesse.
Klooritud lahustid, DMF ja DMSO on tuntud ESC ained PTFE jaoks, eriti temperatuuril üle 80 kraadi. Pragunemine saab alguse pinnadefektidest või pinge kontsentratsioonipunktidest. Pärast tekkimist levivad praod aeglaselt läbi toru seina, põhjustades lõpuks lekke või katastroofilise rabeda purunemise.
Ennetamine materjalide valiku ja disaini kaudu
Lahustitega{0}}seotud rabeduse ärahoidmine algab ausast ühilduvuse hindamisest. Mitte iga orgaanilise lahusti kasutamine ei sobi PTFE-le. Kui ühilduvusandmed viitavad suurele neeldumis- või ESC-riskile, võivad alternatiivsed fluoropolümeerid olla paremad. PFA pakub teatud lahustiklasside jaoks sarnast keemilist vastupidavust väiksema läbilaskvusega ja parema ESC-kindlusega.
Disainimeetmed vähendavad riski, kui PTFE on endiselt parim valik. Aururõhu vähendamine vähendab nii temperatuuri läbilaskvust kui ka mehaanilist pinget toru seinale. Seina paksuse suurendamine pikendab kasutusiga, suurendades aega, mis kulub läbilaskvuse saavutamiseks tasakaalu saavutamiseks.
Operatiivsed meetmed hõlmavad lahustite analüüsi enne uute protsessikeemiate kasutuselevõttu. PTFE proovide lihtne sukeldamise test kavandatavasse lahustisse töötemperatuuril, millele järgneb mehaaniliste omaduste mõõtmine, tuvastab kokkusobimatuse enne seadmete valmistamist.
Kokkuvõte
PTFE-soojusvaheti torud võivad lahusti{0}}indutseeritud murenemise tõttu rikki minna, hoolimata PTFE universaalse keemilise vastupidavuse mainest. Mehhanism hõlmab lahusti molekulide füüsilist imendumist polümeeri struktuuri, põhjustades plastifitseerimist ja potentsiaalset keskkonnamõju pragunemist.
Kõrge -riskiga lahustid hõlmavad klooritud orgaanilisi aineid, DMF-i ja DMSO-d kõrgel temperatuuril. Ennetamine nõuab ausat ühilduvuse hindamist, konservatiivset aururõhu valikut ja lahustiga kokkupuute kontrollimist.
Tehnilised juhised PTFE-soojusvaheti keemilise ühilduvuse kohta konkreetsetes lahustirakendustes on saadaval pärast täieliku lahusti koostise, töötemperatuuri ja rõhu ning materjali varasema toimimise kohta rakenduses.
