Vai PTFE tiešām var korodēt? Vai izprotat sildelementu ķīmiskās izturības robežas?

Tikai pēc astoņu mēnešu nepārtrauktas lietošanas PTFE-apvalku iegremdējamais sildītājs, kas tika izmantots īpašā ķīmiskajā reaktorā, sabojājās. Bija paredzēts, ka iekārta darbosies piecus gadus procesa plūsmā ar 70% slāpekļskābes 220 grādu temperatūrā. Aplūkojot to, nebija nekādu pārogļošanās, kušanas, sausas izdegšanas-vai mehāniska nodiluma pēdu. Savukārt uz fluorpolimēra virsmas bija vienmērīga balināšana, nelielas plaisas uz virsmas un manāms sienas biezuma zudums. Operators sākumā nespēja noticēt: "PTFE ir ķīmiski inerts{8}}nekas tam neuzbrūk." Šis uzskats, kas ir izplatīts procesu nozarē, ir iemesls, kāpēc neveiksme palika nepamanīta, līdz pieauga ražošanas zudumi.

Notikums liecina par izplatītu pārpratumu. Politetrafluoretilēns (PTFE) ir zināms kā ķīmiski inerts, jo tam ir ļoti stabils oglekļa-fluora mugurkauls. Tomēr šī stabilitāte ne vienmēr ir sastopama visās situācijās. Procesu inženieri un materiālu izstrādātāji, kuri uzskata, ka PTFE ir imūna pret nepareizas lietošanas, agrīnas nomaiņas un neplānotas dīkstāves risku. Zinot precīzus apstākļus, kas ļauj ķimikālijām uzbrukt PTFE, varat izvēlēties pareizo materiālu un nodrošināt to ilgāku kalpošanas laiku smagos sildīšanas{5}}elementu lietojumos.


PTFE ir izturīgs pret gandrīz visiem rūpnieciskajiem šķīdinātājiem, skābēm, bāzēm un gāzēm mērenās temperatūrās, kas parasti ir zem 150 grādiem. Tā kā tai nav polāro daļu un tajā ir daudz fluora, tas nelīp un nesamitrina lielāko daļu lietu. Tātad saderības tabulas parāda tūkstošiem vielu kā "nav uzbrukuma" vai "izcila pretestība". Šī iespēja padara PTFE noderīgu oderēm, blīvēm un sildīšanas apvalkiem ķīmiskajā apstrādē, pusvadītāju slapjos stendos un farmācijas reaktoros.

Kad temperatūra paaugstinās, lietas mainās. Kad temperatūra pārsniedz 200 grādus, molekulas PTFE ķēdēs pārvietojas brīvāk. Daži agresīvi organismi pēc tam var izkļūt cauri virsmai un sākt sabrukšanu. Ir zināms, ka trīs veidu narkotikas ir bīstamas.

Pirmkārt, nātrijs un kālijs, kas abi ir sārmu metāli, ātri defluorina PTFE. Kad temperatūra paaugstinās virs 300 grādiem, metāla atomi paņem fluoru no polimēra ķēdes, veidojot metālu fluorīdus un atstājot oglekļa -bagātu atlikumu. Reakcija ir pietiekami spēcīga, lai to ar nolūku varētu izmantot nātrija saplūšanas pētījumos laboratorijā, lai atrastu halogēnus.

Otrkārt, spēcīgas fluorēšanas ķimikālijas, piemēram, elementārā fluora gāze un hlora trifluorīds, var sabojāt PTFE pat zemākā temperatūrā. Šīs ķīmiskās vielas vai nu pievieno fluoru, vai aizstāj jau esošos fluora atomus. Tas sarauj ķēdes un padara tās trauslas. Pakļaujot 10% fluora slāpeklī 150 grādu temperatūrā, virsmas uzbrukums ir acīmredzams dažu stundu laikā.

Treškārt, ļoti spēcīgas oksidējošas skābes temperatūrā, kas ir tuvu PTFE augšējai ekspluatācijas robežai (260 grādi nepārtraukti), izraisa lēnu, bet vienmērīgu sadalīšanos. Kūpoša slāpekļskābe, ļoti koncentrēta perhlorskābe un maisījumi ar brīviem halogēniem var izraisīt polimēra virsmas oksidēšanos. Temps palielinās ļoti ātri, ja temperatūra ir 250 grādi vai augstāka. PTFE var ilgstoši izturēt vājas skābes, bet, ja tās sajauc ar lielu koncentrāciju, augstu temperatūru un ilgu laiku, tās pārsniedz materiāla kinētiskās stabilitātes robežu.

Ķīmiskie uzbrukumi uz lietām atstāj pavisam citas pēdas nekā termiski vai mehāniski bojājumi. Gaismas izkliede no mikro-tukšumiem vai kristālu izmaiņas izraisa virsmas balināšanu. Pēc ķēdes pārgriešanas apvalks kļūst trausls un stingrs, kas palielina iespēju, ka tas saplīsīs, kad tas izplešas ar karstumu. Svara zudums, ko var izmērīt ar periodiskām gravimetriskām pārbaudēm, liecina, ka materiāls ir noņemts. Nopietnos gadījumos mikroskopiskā pārbaude parāda bedrīšu vai starpgranulu atdalīšanos, kas nav redzama tikai termiskās kļūmes gadījumā.

Šie izņēmumi ļoti atšķiras no vairuma rūpniecisko savienojumu. 200 grādu temperatūrā sērskābe var būt līdz pat 98% stipra, un sālsskābe, nātrija hidroksīda šķīdumi un organiskie šķīdinātāji, piemēram, toluols vai acetons, nesadalās lietošanas gados. Galvenā atšķirība nav pati ķīmiskā viela, bet gan temperatūras{4}}koncentrācijas apvalks. PTFE ir plašs veiktspējas diapazons, lai gan tas nav bezgalīgs.

Praktiskai saderības pārbaudei ir nepieciešams vairāk nekā tikai virspusēja vispārējo diagrammu pārbaude. Lielākā daļa publicēto datu parāda īstermiņa-iegremdēšanas rezultātus apkārtējās vides temperatūrā vai par vienu augstāku temperatūru. Inženieriem ir jāpārliecinās, ka koncentrācija, temperatūra un ekspozīcijas laiks ir piemēroti iekārtai. Jūs nevarat lietot vārdus "izturīgs" un "saderīgs", lai apzīmētu vienu un to pašu. Pēc septiņu dienu testēšanas materiālu var klasificēt kā izturīgu, taču tas laika gaitā var sabojāties, kad tiek sasniegti temperatūras ierobežojumi. Robežlietojumam-tie, kas darbojas 20 grādu robežās no norādītā maksimālā vai izmanto spēcīgus oksidētājus-, iegremdēšanas pārbaude simulēta procesa apstākļos joprojām ir vienīgā uzticamā pārbaude.

Praksē visizplatītākais veids, kā PTFE rūpnieciskajos sildelementos patiešām sabojājas ar ķimikālijām, ir tad, ja to lieto temperatūrā, kas ir augstāka par pieļaujamo robežu, un tajā ir oksidētāji. Retāk izplatīts, bet ziņots atteices scenārijs ietver izkausēta sēra vai dažu metālu halogenīdu uzbrukumu temperatūrā virs 300 grādiem. Abos gadījumos procesa aploksne bija pārāk liela polimēra kinētiskās stabilitātes logam.

Nav neviena materiāla, kas derētu visam. PTFE ir ķīmiski izturīgākais pieejamais materiāls, lai gan tam ir noteikti ierobežojumi, ko var izmērīt. Zinot šos ierobežojumus,-piemēram, kausēti sārmu metāli, spēcīgas fluorējošas ķimikālijas un intensīvi oksidētāji tuvu augšējai temperatūras robežai-neļaus cilvēkiem tos izmantot nepareizi, un tiek aizsargāts dārgs aprīkojums. Jebkurai instalācijai, kurā ekspluatācijas apstākļi ir tuvu publicētajiem ierobežojumiem, saderības pārbaude, rūpīgi pārskatot datus un veicot mērķtiecīgas iegremdēšanas pārbaudes, nodrošina, ka PTFE pārsteidzošās īpašības nodrošina ilgu un uzticamu kalpošanas laiku, ko sagaida procesa inženieri un materiālu specifikatori.