Comparația fraților polimeri
PTFE și FEP sunt ambele polimeri complet fluorurati. Ei au aceeași legături chimice de carbon-fluor care oferă o rezistență chimică aproape-universală. FEP-etilen propilenă fluorurata{-este în esență un copolimer de tetrafluoretilenă și hexafluoropropilenă, în care comonomerul HFP introduce ramuri laterale scurte de perfluormetil care reduc cristalinitatea și permit prelucrarea-topiturii.
Deoarece ambele sunt perfluorinate, rezistența lor chimică la acizi și alcalii individuali este comparabilă. Ambele sunt evaluate pentru service în întregul interval de pH. Diferența dintre ele apare în serviciul ciclic-în cazul în care schimbătorul de căldură alternează între expunerea acidă și alcalină-prin răspunsurile lor diferite la permeație, cicluri termice și stres mecanic în mediul chimic alternativ.
Diferența de permeație și ciclul chimic
FEP are o cristalinitate mai mică decât PTFE-de obicei 40-50% față de 50-70%. Regiunile amorfe dintr-un polimer semicristalin au un volum liber mai mare decât regiunile cristaline. Permeabilitatea moleculelor mici are loc predominant prin faza amorfă.
Când FEP este expus la o soluție acidă, moleculele de acid pătrund în regiunile amorfe. Atunci când aceeași componentă FEP este apoi expusă la o soluție alcalină, acidul pătruns reacţionează cu alcalii care intră în interiorul matricei polimerice. Reacția produce apă și sare. Molecula de apă, formată în spațiul restrâns al volumului liber de polimer, se extinde pe măsură ce se vaporizează la temperatura de funcționare. Expansiunea creează impulsuri microscopice de presiune în polimer.
Pe parcursul multor cicluri acide-alcaline, aceste evenimente repetate de micro-presiune provoacă o formă de oboseală unică pentru ciclul de permeație. Micro-golurile cresc și se unesc în regiunile amorfe. Proprietățile mecanice ale polimerului-în special alungirea la rupere-scad mai repede decât s-ar fi estimat doar din îmbătrânirea termică.
PTFE, cu o cristalinitate mai mare, are un volum liber mai puțin amorf pentru permeare. Moleculele de acid și alcaline pătrund mai puțin adânc. Efectul de oboseală prin permeație ciclică este redus în mod corespunzător. Proprietățile mecanice rămân stabile pentru o perioadă mai lungă de expunere ciclică.
Tabelul 1: Comparația performanței acidului ciclic-alcalin (10% HCI / 10% NaOH alternativ, 80 de grade, cicluri de 1 oră)
| Parametru de performanță | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| cristalinitate (%) | 40-50 | 50-70 |
| Fracție amorfă (%) | 50-60 | 30-50 |
| Rata de penetrare a acidului (relativă) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Efect de oboseală prin permeație ciclică | Măsurabil | Minim |
| Reținerea rezistenței la tracțiune după 5.000 de cicluri (%) | 70-85 | 90-95 |
| Reținerea alungirii după 5.000 de cicluri (%) | 55-75 | 85-95 |
| Formarea de micro-goluri | Detectat în regiuni amorfe | Minim |
| Temperatura de serviciu continuu (grade) | 204 | 260 |
| Procesabilitatea-topiturii | Da (sudabil) | Nu |
| Cost material relativ | 1.2-1.5× | 1.0× |
Avantajul sudabilității FEP
Unul avantaj clar al FEP față de PTFE este procesabilitatea topiturii-. FEP poate fi extrudat, turnat prin injecție-și-critice pentru fabricarea schimbătorului de căldură-sudat-cap la cap. Îmbinările sudate din țeavă FEP-la-capul pot fi realizate fără fitinguri mecanice, fără etanșări de compresie și fără crăpături. Acesta este un avantaj semnificativ în aplicațiile cu puritate ultra-- în care fitingurile mecanice reprezintă un risc de contaminare.
PTFE nu poate fi sudat-prin metode convenționale. Conexiunile tuburilor se bazează pe fitinguri de compresie, îmbinări evazate sau conexiuni cu flanșe. Aceste îmbinări mecanice sunt fiabile, dar introduc crăpături și necesită re-cuplu periodic.
Pentru aplicațiile în care numărul de cicluri acide-alcaline este moderat și eliminarea fitingurilor mecanice este o prioritate mai mare decât rezistența la oboseală prin permeație ciclică, FEP poate fi preferat în ciuda cristalinității sale mai mici.
Diferența de temperatură a plafonului
Temperatura de funcționare continuă a FEP de 204 grade este adecvată pentru majoritatea prelucrărilor chimice, dar nu atinge valoarea de 260 de grade a PTFE. În cazul-acidului ciclic cu temperatură ridicată-alcalin-cum ar fi în cazul încălzirii unui reactor chimic, unde temperaturile pot atinge 200-220 de grade -PTFE oferă o marjă de siguranță mai largă.
La temperaturi peste 180 de grade, cristalinitatea mai scăzută a FEP și fracția amorfă mai mare accelerează atât permeația, cât și efectele mecanice ale expunerii ciclice. Diferența de performanță dintre FEP și PTFE se mărește pe măsură ce temperatura crește.
Rezumat
PTFE depășește FEP în serviciul acid-alcalin ciclic datorită cristalinității sale mai mari, care reduce pătrunderea în faza amorfă și minimizează oboseala prin permeație ciclică care degradează progresiv proprietățile mecanice ale FEP. PTFE păstrează 90-95% din rezistența sa la tracțiune după mii de cicluri chimice, comparativ cu 70-85% pentru FEP.
Sudabilitatea FEP oferă un avantaj în aplicațiile cu puritate ultra-înaltă- în care fitingurile mecanice sunt nedorite. Pentru servicii chimice ciclice industriale în limitele de temperatură ale FEP, alegerea echilibrează durabilitatea ciclică superioară a PTFE cu flexibilitatea de fabricație a FEP.
Analiza de inginerie pentru selecția de fluoropolimeri de servicii chimice ciclice este disponibilă la transmiterea concentrațiilor acide și alcaline, frecvența și durata ciclului, temperatura de funcționare, cerințele de puritate și datele actuale privind durata de viață a echipamentului.
