Czy płyty grzewcze PTFE mogą być narażone na atak chemiczny? Znając granice odporności chemicznej?

Płyta grzewcza z PTFE zastosowana w specjalnym reaktorze chemicznym miała bezawaryjnie służyć latami. Po zaledwie 14 miesiącach kontrola powierzchni wykazała, że ​​powierzchnia była równomiernie biała, zawierała drobne pęknięcia i stawała się coraz bardziej łamliwa. Płyn procesowy-stężony kwas azotowy o temperaturze 180 stopni -sprawdzono z konwencjonalnymi tabelami zgodności i nie stwierdzono żadnych uszkodzeń mechanicznych ani-suchego wypalenia. Operatorzy nie mogli w to uwierzyć: wszyscy uważają PTFE za chemicznie obojętny. Jednak sposób, w jaki materiał się rozpadł, wyraźnie wskazywał, że był powoli atakowany przez chemikalia. W laboratoriach i fabrykach zdarza się to ciągle, ponieważ PTFE jest tak obojętny, że ludzie myślą, że poradzi sobie w każdej sytuacji. Aby uniknąć kosztownych błędów, inżynierowie procesu i specyfikatorzy materiałów muszą dokładnie wiedzieć, co ten niesamowity fluoropolimer potrafi, a czego nie.

PTFE jest bardzo odporny na chemikalia, ponieważ ma bardzo stabilny szkielet węglowy-fluorowy i-niepolarną strukturę, z którą większość rzeczy nie może się zwilżyć ani połączyć. PTFE radzi sobie z prawie każdym rozpuszczalnikiem przemysłowym, kwasem, zasadą lub gazem bez zauważalnej interakcji w umiarkowanych temperaturach, które zwykle wynoszą poniżej 150 stopni. Zatem tabele zgodności pokazują tysiące substancji jako „doskonałe” lub „bez ataku”. Dzięki tym właściwościom jest on szeroko stosowany w płytach grzewczych do zastosowań korozyjnych lub o wysokiej-czystości.

Gdy temperatura wzrasta, obraz bardzo się zmienia. Powyżej 200 stopni wyższa mobilność cząsteczek pozwala niektórym agresywnym gatunkom przedostać się przez powierzchnię i rozpocząć jej rozkład. W zgłaszanych awariach wyróżniają się trzy główne typy zagrożeń.

Kwasy utleniające, które są bardzo stężone i bliskie najwyższemu limitowi ciągłego-stosowania PTFE (260 stopni), powodują powolne, ale kumulujące się utlenianie powierzchni. Dymiący kwas azotowy, podgrzany kwas nadchlorowy lub mieszaniny z wolnymi halogenami usuwają atomy fluoru, co powoduje defekty karbonylowe i karboksylowe, które powodują kruchość matrycy. Szybkość wzrasta dość szybko, gdy temperatura zbliża się do 250 stopni. Rozcieńczone kwasy nie są niebezpieczne przez dłuższy czas, ale po zmieszaniu z wysokimi stężeniami, wysokimi temperaturami i długimi okresami czasu stają się niestabilne.

Substancje fluorujące, takie jak gazowy fluor pierwiastkowy, trifluorek chloru lub difluorek ksenonu, reagują gwałtownie, nawet gdy nie jest bardzo gorąco. Te chemikalia dodają lub usuwają fluor, który szybko przerywa łańcuchy i niszczy powierzchnie. W temperaturze 150 stopni zawartość fluoru w azocie wynosząca około 5–10% może spowodować oczywiste uszkodzenia w ciągu kilku godzin.

Kiedy sód i potas topią się i podgrzewają do temperatury ponad 300 stopni, szybko odfluorowują PTFE, tworząc fluorki metali i pozostawiając-bogate w węgiel zwęglenie. W rzadkich, ale znanych sytuacjach, niektóre halogenki metali lub stopiona siarka w bardzo wysokich temperaturach wykazują porównywalnie agresywne zachowanie.

Atak chemiczny pozostawia zupełnie inne ślady niż uszkodzenia mechaniczne czy termiczne. Wybielanie powierzchni pokazuje, że tworzą się mikro-pustki, a światło jest rozpraszane w wyniku zmiany kryształów. Po rozerwaniu łańcucha płyta staje się krucha i sztywna, co zwiększa prawdopodobieństwo pęknięcia, gdy normalnie się rozszerza. Utrata masy lub pocienienie ścianek, które można zmierzyć, wskazuje, że materiał został usunięty. W ekstremalnych okolicznościach dochodzi do mikroskopijnych wżerów lub separacji międzykrystalicznej bez zwęglenia lub topienia charakterystycznego dla przegrzania.

Wyjątki te bardzo różnią się od większości związków przemysłowych. Kwas siarkowy do 98% w temperaturze 200 stopni, kwas solny, roztwory wodorotlenku sodu i większość rozpuszczalników organicznych nie rozkładają się z czasem. Główną różnicą jest zakres-stężenia temperatury. Zakres wydajności PTFE jest bardzo duży, ale nie nieskończony.

Aby sprawdzić kompatybilność, potrzebujesz czegoś więcej niż tylko ogólnych wykresów. Większość opublikowanych badań wskazuje na krótkotrwałe-zanurzenie w temperaturze otoczenia lub w jednym najwyższym punkcie. Inżynierowie muszą upewnić się, że stężenie, temperatura, czas ekspozycji i wszelkie śladowe zanieczyszczenia są takie same, jak w rzeczywistych warunkach. „Odporny” i „kompatybilny” nie oznaczają tego samego. Materiał, który przejdzie siedmiodniowy-test wytrzymałości, może z czasem ulec zniszczeniu, gdy temperatura zbliży się do ograniczeń. W warunkach przemysłowych najczęstszym źródłem rzeczywistych ataków chemicznych na płyty grzewcze z PTFE jest używanie ich w zbyt wysokich temperaturach w obecności silnych utleniających środków chemicznych.

Testy zanurzeniowe w symulowanych warunkach procesowych są nadal najbardziej niezawodnym sposobem potwierdzenia zastosowań granicznych, czyli takich, które działają w zakresie 20–30 stopni zgłaszanego maksimum lub wykorzystują silne utleniacze. Pokaż próbki PTFE przez 30, 90 i 180 dni, a następnie wykonaj analizę grawimetryczną, próbę rozciągania i mikroskopię. Pozytywne wyniki-niewielka zmiana wagi, zachowana elastyczność i brak ataków powierzchniowych-wspierają dalsze użytkowanie. Jeśli można zaobserwować degradację, potrzebne są inne materiały lub zmiany w procesie.

PTFE jest dość odporny, jednak żadna substancja nie jest całkowicie wszechobecna. Atak chemiczny, rozkład PTFE, środki utleniające, ograniczenia temperaturowe i kontrole kompatybilności to wszystko, co może spowodować zbyt wczesną awarię usługi. Znajomość tych granic zatrzymuje niewłaściwe użycie i zapewnia bezpieczeństwo sprzętu kapitałowego. W przypadku procesów, które są bliskie lub przekraczają opublikowane limity, sprawdzenie szczegółowych danych dotyczących zgodności lub wykonanie ukierunkowanych testów zanurzeniowych może potwierdzić, że PTFE jest odpowiedni i że jego doskonała odporność chemiczna zapewni długą, przewidywalną wydajność, której oczekują inżynierowie procesu i specyfikatorzy materiałów.