Rikutud sukelsoojendi asendamiseks oli vaja metalliviimistlustehast, mis töötab kroomhappe anodeerimisliiniga 55 kraadi juures. Hooldusmeeskonnal oli kaks võimalust: PTFE-kestaga küttekeha ja PVDF-kestaga küttekeha. Mõlemad olid hinnatud temperatuuri ja keemia järgi. PVDF-i variant oli odavam. PTFE valikul oli sarnastes paigaldustes pikem kogemus. Otsus taandus võrdlusele, mida sageli liiga lihtsustatakse sõnadega "PTFE on parem" või "PVDF on odavam".
PTFE ja PVDF on mõlemad suurepärase keemilise vastupidavusega fluoropolümeerid. Mõlemad peavad kroomhappele vastu tüüpiliste anodeerimiskontsentratsioonide ja temperatuuride korral. Kuid need erinevad termiliste omaduste, mehaanilise tugevuse, läbilaskvuskindluse ja maksumuse poolest. Kroomhappe teenuses määravad need erinevused, milline materjal tagab madalama kogukulu.
Kroomhappe keemiline vastupidavus
Kroomhape on tugev oksüdeerija. Nii PTFE kui ka PVDF peavad oksüdatsioonile vastu anodeerimisel kasutatavatel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel -tavaliselt 5–10% CrO₃ temperatuuril 40–60 kraadi. Tavalistes töötingimustes ei rünnata kumbagi materjali.
Erinevus ilmneb kõrgematel temperatuuridel või kontsentratsioonidel. PTFE säilitab oma keemilise vastupidavuse kuni 260 kraadini. PVDF hakkab pehmenema ja lagunema üle 150 kraadi ning selle keemiline vastupidavus langeb üle 120 kraadi. Kroomhappe kasutamisel temperatuuril 55 kraadi jäävad mõlemad materjalid oma ohutusse vahemikku, kuid PTFE annab suurema varu, kui protsessi temperatuur kõigub või kui toimub lokaalne ülekuumenemine.
| Materjal | Pidev teenindustemp | Maksimaalne temperatuur kroomhappes | Oksüdatsioonikindlus | Läbitungimiskindlus |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 260 kraadi | 200 kraadi + | Suurepärane | Suurepärane |
| PVDF | 150 kraadi | 120 kraadi | Hea | Mõõdukas |
| FEP | 200 kraadi | 150 kraadi | Väga hea | Hea |
| PFA | 260 kraadi | 200 kraadi + | Suurepärane | Suurepärane |
Fluoropolümeerist kattematerjalide keemilised ja termilised piirangud kroomhappega töötamisel
Soojusjuhtivus ja vattide tihedus
PVDF-i soojusjuhtivus on ligikaudu 0,20 W/m·K, mis on veidi madalam kui PTFE oma 0,25 W/m·K. See tähendab, et PVDF nõuab sama ümbrise temperatuuri jaoks väiksemat vattihedust või sama võimsuse jaoks suuremat pindala.
Praktikas on erinevus tagasihoidlik. PVDF-küttekeha võib vajada 10–15% rohkem pinda kui PTFE-soojendi sama töö jaoks samal ümbrise temperatuuril. Piiratud ruumiga paakides võib see erinevus olla oluline. Piisava ruumiga paakides ei ole see määrav tegur.
| Materjal | Soojusjuhtivus | Ohutu vattide tihedus kroomhappes | Pindala 5 kW jaoks | Suhteline jalajälg |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Lähtejoon |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 1,0–1,3 W/cm² | 3800–5000 cm² | 10-20% suurem |
| FEP | 0.24 W/m·K | 1,2–1,4 W/cm² | 3500–4200 cm² | Sarnased |
| PFA | 0.26 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Sarnased |
Kroomhappes olevate fluoropolümeerkatete soojusjuhtivuse ja pindala nõuded
Mehaaniline tugevus ja vastupidavus
PTFE on pehme polümeer. See on survekoormuse all kalduvus külmale voolule, mistõttu vajavad äärikühendused mehaanilisi blokeeringuid või sagedast pingutust. PVDF on kõvem ja jäigem kui PTFE. See talub paremini külmavoolu ja hoiab koormuse all oma kuju.
Kroomhappe anodeerimisel, kus nagid ja toorikud võivad laadimise ja mahalaadimise ajal küttekehaga kokku puutuda, tagab PVDF-i suurem kõvadus parema vastupidavuse mehaanilistele kahjustustele. PTFE-s olev süvend võib luua nukleatsioonikoha sadestamiseks ja tee keemiliseks läbitungimiseks. Sama mõju PVDF-ile võib jätta ainult pinnale jälje.
PVDF on ka kulumiskindlam kui PTFE. Hõljuvainetega mahutites või sagedase puhastamise korral säilitab PVDF oma pinnaviimistluse kauem. Sile pind takistab katlakivi nakkumist ja seda on lihtsam puhastada.
| Mehaaniline omadus | PTFE | PVDF | Eelis |
|---|---|---|---|
| Kõvadus (Shore D) | 50–60 | 70–80 | PVDF |
| Tõmbetugevus | 20-30 MPa | 40–55 MPa | PVDF |
| Külmavoolu takistus | Vaene | Hea | PVDF |
| Kulumiskindlus | Mõõdukas | Hea | PVDF |
| Löögikindlus | Mõõdukas | Mõõdukas – hea | PVDF |
PTFE ja PVDF küttekehade mehaaniliste omaduste võrdlus
Läbilaskvus ja kasutusiga
Läbitungimine on keemiliste ainete aeglane difusioon läbi polümeeri ümbrise. Kroomhappe kasutamisel võimaldab läbitungimine kroomiioonidel ja niiskusel jõuda MgO isolatsiooni, vähendades isolatsioonitakistust ja põhjustades lõpuks rikke.
PTFE-l on parem läbilaskvuskindlus kui PVDF-il, eriti kõrgetel temperatuuridel. PTFE fluorosüsivesinike ahelad on tihedamalt pakitud ja vähem liikuvad kui PVDF-i ahelad, mis sisaldavad vesinikuaatomeid, mis loovad polümeeri struktuuris tühikuid. Kroomhappes temperatuuril 55 kraadi võib PTFE-kattel kuluda kaks korda kauem kui PVDF-kattel, et saavutada sama läbilaskvusaste.
Praktiline tagajärg on kasutusiga. PVDF-küttekeha kroomhappega töötamisel võib kesta 2–3 aastat. Samas hoolduses olev PTFE-küttekeha võib kesta 4–6 aastat. PTFE pikem kasutusiga kompenseerib selle kõrgema ostuhinna kogu paigalduse eluea jooksul.
| Materjal | Isolatsioonitakistuse saavutamise aeg<50 MΩ | Eeldatav kasutusiga kroomhappes | Suhteline läbitungimismäär |
|---|---|---|---|
| PTFE | 24-48 kuud | 4-6 aastat | 1× |
| PVDF | 12-24 kuud | 2-3 aastat | 2–3× |
| FEP | 18-36 kuud | 3-4 aastat | 1.5–2× |
| PFA | 24-48 kuud | 4-6 aastat | 1× |
Kroomihappes olevate fluoropolümeerkatete läbitungimiskiirus ja kasutusiga 55 kraadi juures
Kulude võrdlus aja jooksul
PVDF-soojendid maksavad tavaliselt 20–30% vähem kui sarnase võimsuse ja konfiguratsiooniga PTFE-soojendid. PVDF on ökonoomne valik madalal-temperatuurilises-keemilises rakenduses, kus mõlemad materjalid peavad vastu võrdselt kaua.
Kroomhappe hoolduses kompenseerib PVDF-i lühem kasutusiga selle madalama ostuhinna. Kümne-aastase perioodi jooksul võib PVDF-soojendi vajada 3–5 vahetust, PTFE-küttekeha puhul aga 2. Iga asendamise tööjõud ja seisakud suurendavad kulude erinevust.
| Materjal | Ostuhind | Kasutusiga | 10-aastased asendused | 10 aasta kogukulu |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | Lähtejoon | 4-6 aastat | 2 | 2× ostuhind |
| PVDF | 0,7–0,8 × algtase | 2-3 aastat | 3–5 | 2,1–4,0 × baasjoon |
| FEP | 0,8–0,9 × algtase | 3-4 aastat | 2–3 | 1,6–2,7 × baasjoon |
| PFA | 1,1–1,3 × baasjoon | 4-6 aastat | 2 | 2,2–2,6 × baasjoon |
Fluoropolümeerist küttekehade kulude võrdlus kümne{0}}aastase perioodi jooksul kroomhappeteenuses
Kui PVDF on parem valik
PVDF on parem valik, kui kroomhappe kontsentratsioon on madal, temperatuur on mõõdukas ja paagis on vähe ruumi, mis eelistab kompaktsemat küttekeha. See sobib ka rakendustesse, kus mehaaniline vastupidavus on olulisem kui läbilaskvuskindlus,-nt sagedase laadimise ja tühjendamise paagid, mis võivad kokku puutuda kütteseadmega.
PVDF ei sobi kasutamiseks kõrgel-temperatuuril kroomhappega, vannides, mille temperatuur võib ületada 80 kraadi, ega rakendustesse, kus kütteseade peab ilma asendamiseta vastu pidama üle kolme aasta.
Kui PTFE on parem valik
PTFE on parem valik enamiku kroomhappe anodeerimise rakenduste jaoks. Selle kõrgem läbitungimiskindlus, laiem temperatuurivaru ja pikem kasutusiga õigustavad kõrgemat ostuhinda. Mahutite puhul, kus küttekeha asendamine on häiriv-suured paagid, kriitilised tootmisliinid või raskesti--juurdepääsetavad paigaldised-, on PTFE pikem kasutusiga märkimisväärne eelis.
Kohandatud PTFE-sukelsoojendi konfiguratsioon väikese vattiheduse, suure pindala ja suletud klemmikatetega pikendab kasutusiga veelgi. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab kroomhappe kontsentratsiooni, töötemperatuuri, paagi mõõtmeid ja nõutavat võimsust. Kroomhappe anodeerimisliine töötavate rajatiste jaoks pakub see rakendusespetsiifiline-lähenemine usaldusväärset teenust seal, kus PVDF võib puududa.
