Súrodenecké porovnanie polymérov
PTFE a FEP sú plne fluórované polyméry. Zdieľajú rovnakú chémiu uhlíkových-fluórových väzieb, ktorá poskytuje takmer{2}}univerzálnu chemickú odolnosť. FEP-fluórovaný etylénpropylén- je v podstate kopolymér tetrafluóretylénu a hexafluórpropylénu, kde komonomér HFP zavádza krátke perfluórmetylové bočné vetvy, ktoré znižujú kryštalinitu a umožňujú tavné-spracovanie.
Keďže obe sú perfluórované, ich chemická odolnosť voči jednotlivým kyselinám a zásadám je porovnateľná. Obidva sú určené na prevádzku v celom rozsahu pH. Rozdiel medzi nimi vzniká v cyklickej prevádzke,-kde sa výmenník tepla striedavo vystavuje kyselinám a zásadám-v dôsledku rôznych reakcií na permeáciu, tepelné cykly a mechanické namáhanie v striedavom chemickom prostredí.
Rozdiel v permeácii a chemickom cyklovaní
FEP má nižšiu kryštalinitu ako PTFE-zvyčajne 40-50 % oproti 50 – 70 %. Amorfné oblasti v semikryštalickom polyméri majú väčší voľný objem ako kryštalické oblasti. K permeácii malých molekúl dochádza prevažne cez amorfnú fázu.
Keď je FEP vystavený roztoku kyseliny, molekuly kyseliny prenikajú do amorfných oblastí. Keď je potom rovnaká zložka FEP vystavená alkalickému roztoku, preniknutá kyselina reaguje s prichádzajúcou zásadou vo vnútri polymérnej matrice. Reakciou vzniká voda a soľ. Molekula vody, vytvorená v obmedzenom priestore voľného objemu polyméru, expanduje, keď sa vyparuje pri prevádzkovej teplote. Expanzia vytvára mikroskopické tlakové impulzy v polyméri.
V priebehu mnohých kyslých-alkalických cyklov spôsobujú tieto opakované mikro-tlakové udalosti určitú formu únavy, ktorá je jedinečná pre permeačný cyklus. Mikro-dutiny rastú a spájajú sa v amorfných oblastiach. Mechanické vlastnosti polyméru,-najmä predĺženie pri pretrhnutí-, klesajú rýchlejšie, než by sa dalo predpokladať zo samotného tepelného starnutia.
PTFE so svojou vyššou kryštalinitou má menší amorfný voľný objem pre permeáciu. Molekuly kyseliny a zásady prenikajú menej hlboko. Účinok cyklickej permeačnej únavy je zodpovedajúcim spôsobom znížený. Mechanické vlastnosti zostávajú stabilné po dlhšiu dobu pri cyklickom vystavení.
Tabuľka 1: Porovnanie výkonnosti cyklických kyselín-alkalických (10 % HCl / 10 % NaOH striedavo, 80 stupňov, 1-hodinové cykly)
| Výkonnostný parameter | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| Kryštalinita (%) | 40-50 | 50-70 |
| Amorfná frakcia (%) | 50-60 | 30-50 |
| Rýchlosť prestupu kyseliny (relatívna) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Efekt cyklickej permeačnej únavy | Merateľné | Minimálne |
| Zachovanie pevnosti v ťahu po 5 000 cykloch (%) | 70-85 | 90-95 |
| Zachovanie predĺženia po 5 000 cykloch (%) | 55-75 | 85-95 |
| Tvorba mikro{0}}dutín | Zistené v amorfných oblastiach | Minimálne |
| Trvalá prevádzková teplota (stupeň) | 204 | 260 |
| Roztaviť-spracovateľnosť | Áno (zvárateľné) | Nie |
| Relatívne náklady na materiál | 1.2-1.5× | 1.0× |
Výhoda zvariteľnosti FEP
Jednou jasnou výhodou FEP oproti PTFE je{0}}spracovateľnosť taveniny. FEP je možné vytláčať, vstrekovať{2}}do formy a-kriticky pre výrobu výmenníkov tepla-na tupo-zvárať. Zvarené spoje FEP rúr-k-hlavičke možno vyrobiť bez mechanických tvaroviek, bez kompresných tesnení a bez štrbín. To je významná výhoda v aplikáciách s ultra-vysokou{11}}čistotou, kde mechanické armatúry predstavujú riziko kontaminácie.
PTFE nemožno zvárať-konvenčnými metódami. Rúrkové spoje sa spoliehajú na kompresné spojky, rozšírené spoje alebo prírubové spoje. Tieto mechanické spoje sú spoľahlivé, ale vytvárajú štrbiny a vyžadujú pravidelné doťahovanie-krútiaceho momentu.
Pre aplikácie, kde je počet kyslých{0}}alkalických cyklov mierny a eliminácia mechanických armatúr má vyššiu prioritu ako odolnosť proti cyklickej permeačnej únave, môže byť FEP preferovaný napriek jeho nižšej kryštalinite.
Rozdiel v teplotnom strope
Trvalá prevádzková teplota FEP 204 stupňov je dostatočná pre väčšinu chemických procesov, ale nedosahuje 260 stupňové hodnotenie PTFE. Vo vysokoteplotných-cyklických kyslých-alkalických prevádzkach-, ako je napríklad vykurovanie chemických reaktorov, kde teploty môžu dosiahnuť 200-220 stupňov, poskytuje PTFE širšiu bezpečnostnú rezervu.
Pri teplotách nad 180 stupňov nižšia kryštalinita FEP a vyššia amorfná frakcia urýchľujú permeáciu aj mechanické účinky cyklickej expozície. Rozdiel vo výkonnosti medzi FEP a PTFE sa zväčšuje so zvyšujúcou sa teplotou.
Zhrnutie
PTFE prekonáva FEP v cyklickej kyslej-alkalickej službe vďaka svojej vyššej kryštalinite, ktorá znižuje permeáciu do amorfnej fázy a minimalizuje cyklickú permeačnú únavu, ktorá postupne zhoršuje mechanické vlastnosti FEP. PTFE si po tisíckach chemických cyklov zachováva 90 – 95 % svojej pevnosti v ťahu v porovnaní so 70 – 85 % pri FEP.
Zvárateľnosť FEP poskytuje výhodu v aplikáciách s ultra{0}}vysokou{1}}čistotou, kde sú mechanické armatúry nežiaduce. Pre priemyselnú cyklickú chemickú prevádzku v rámci teplotných limitov FEP táto voľba vyvažuje vynikajúcu cyklickú odolnosť PTFE a flexibilitu výroby FEP.
Technická analýza výberu fluoropolyméru pre cyklickú chemickú prevádzku je k dispozícii po predložení koncentrácií kyselín a zásad, frekvencie a trvania cyklu, prevádzkovej teploty, požiadaviek na čistotu a údajov o aktuálnej životnosti zariadenia.
