Kas PTFE-kütteplaadid võivad keemilise vastupidavuse piiridest aru saades kannatada keemilise rünnaku all?

Spetsiaalses keemiareaktoris kasutatav PTFE kuumutusplaat pidi kestma aastaid ilma probleemideta. Juba 14 kuu pärast näitas pinnakontroll, et pind oli ühtlaselt valge, sellel oli peeneid pragusid ja muutus rabedamaks. Protsessivedelikku -kontsentreeritud lämmastikhapet 180 kraadi juures - kontrolliti tavapäraste ühilduvustabelitega ning mehaanilisi vigastusi ega kuivpõletamist{6}} ei esinenud. Operaatorid ei suutnud seda uskuda: kõik arvavad, et PTFE on keemiliselt inertne. Kuid materjali lagunemise viis näitas selgelt, et kemikaalid ründasid seda aeglaselt. Laborites ja tehastes juhtub seda ikka ja jälle, sest PTFE on nii inertne, et inimesed arvavad, et saab hakkama igas olukorras. Kallite vigade vältimiseks peavad protsessiinsenerid ja materjalide spetsifikaatorid täpselt teadma, mida see hämmastav fluoropolümeer suudab ja mida mitte.

PTFE on kemikaalidele väga vastupidav, kuna sellel on väga stabiilne süsinik-fluori karkass ja mitte-polaarne struktuur, mida enamik asju ei saa märguda ega sellega ühendust saada. PTFE saab hakkama peaaegu iga tööstusliku lahusti, happe, aluse või gaasiga, ilma jälgitava koostoimeta mõõdukatel temperatuuridel, mis on tavaliselt alla 150 kraadi. Seega näitavad ühilduvuse tabelid tuhandeid aineid kui "suurepäraseid" või "ei rünnata". Tänu sellele jõudlusele kasutatakse seda laialdaselt kuumutusplaatides söövitavate või kõrge puhtusastmega{6}}seadete jaoks.

Kui temperatuur tõuseb, muutub pilt palju. Üle 200 kraadi laseb suurem molekulaarne liikuvus mõnel agressiivsel liigil pinnast läbi pääseda ja seda lagundama hakata. Teatatud rikete puhul paistavad silma kolm peamist ohtude tüüpi.

Oksüdeerivad happed, mis on väga kontsentreeritud ja lähedased PTFE kõrgeimale pideva{0}kasutuse piirile (260 kraadi), põhjustavad aeglast, kuid kumulatiivset pinna oksüdatsiooni. Suitsev lämmastikhape, kuumutatud perkloorhape või segud vabade halogeenidega eemaldavad fluori aatomid, mis muudab karbonüüli ja karboksüüli defektid, mis muudavad maatriksi rabedaks. Temperatuur tõuseb üsna kiiresti, kui temperatuur läheneb 250 kraadile. Lahjendatud happed ei ole pikema aja jooksul ohtlikud, kuid kui neid segada kõrge kontsentratsiooniga, kõrgel temperatuuril ja pikka aega, muutuvad nad ebastabiilseks.

Fluorivad ained nagu elementaarne gaasfluor, kloortrifluoriid või ksenoondifluoriid reageerivad ägedalt isegi siis, kui see pole väga kuum. Need kemikaalid lisavad või eemaldavad fluori, mis lõhub kiiresti ketid ja kulutab pindu. 150 kraadi juures võib fluorisisaldus lämmastikus umbes 5–10% põhjustada mõne tunni jooksul ilmseid kahjustusi.

Kui naatrium ja kaalium sulatatakse ja kuumutatakse üle 300 kraadi, defluoriseerivad nad kiiresti PTFE, moodustades metallifluoriide ja jättes maha süsiniku{1}}rikka söe. Harvades, kuid teadaolevates olukordades käituvad mõned metallhalogeniidid või sulaväävel väga kõrgel temperatuuril võrreldavalt agressiivselt.

Keemiline rünnak jätab hoopis teistsugused jäljed kui mehaaniline või termiline kahjustus. Pinna valgendamine näitab, et kristallide muutumise tõttu tekivad mikro-tühjad ja valgus hajub. Pärast keti lõikamist muutub plaat rabedaks ja jäigaks, mistõttu puruneb see normaalsel laienemisel tõenäolisemalt. Kaalulangus või seina õhenemine, mida saab mõõta, näitab, et materjal on eemaldatud. Äärmuslikel asjaoludel tekib mikroskoopiline auk või teradevaheline eraldumine ilma ülekuumenemisele iseloomuliku söestumise või sulamiseta.

Need erandid erinevad suuresti enamikust tööstuslikest ühenditest. Väävelhape kuni 98% 200 kraadi juures, vesinikkloriidhape, naatriumhüdroksiidi lahused ja enamik orgaanilisi lahusteid ei lagune aja jooksul. Temperatuuri-kontsentratsiooni mähis on peamine erinevus. PTFE jõudlusvahemik on väga suur, kuid mitte lõpmatu.

Ühilduvuse kontrollimiseks vajate enamat kui lihtsalt üldisi diagramme. Enamik avaldatud uuringuid näitavad lühiajalist -kümblust ümbritseva õhu temperatuuril või ühes kõrgpunktis. Insenerid peavad tagama, et kontsentratsioon, temperatuur, kokkupuuteaeg ja kõik saasteainete jäljed on samad, mis tegelikud tingimused. "Vastupidav" ja "ühilduv" ei tähenda sama asja. Materjal, mis läbib seitsme-päevase vastupidavuse testi, võib aja jooksul laguneda, kui see on temperatuuripiirangute lähedal. Tööstuslikes tingimustes on PTFE kuumutusplaatide tõeliste keemiliste rünnakute kõige levinum allikas nende kasutamine liiga kõrgetel temperatuuridel koos võimsate oksüdeerivate kemikaalidega.

Sukeldustestimine simuleeritud protsessitingimustes on endiselt kõige usaldusväärsem viis piiripealsete rakenduste kinnitamiseks, mis on need, mis töötavad 20–30 kraadi piires teatatud maksimumist või kasutavad võimsaid oksüdeerijaid. Näidake PTFE proove 30, 90 ja 180 päeva jooksul, seejärel tehke gravimeetriline analüüs, tõmbetugevus ja mikroskoopia. Positiivsed tulemused-vähesed kaalumuutused, säilinud paindlikkus ja pinnapealsete rünnakute puudumine-toetavad kasutamise jätkamist. Kui lagunemine on märgatav, on vaja erinevaid materjale või protsessi muuta.

PTFE on üsna vastupidav, kuid ükski aine pole täiesti üldlevinud. Keemiline rünnak, PTFE lagunemine, oksüdeerivad ained, temperatuuripiirangud ja ühilduvuse kontrollid on kõik asjad, mis võivad põhjustada teenuse liiga vara ebaõnnestumise. Nende piiride tundmine peatab väärkasutamise ja hoiab põhivarustuse ohutuna. Protsesside puhul, mis on avaldatud piiridele lähedased või ületavad, võib üksikasjalike ühilduvusandmete vaatamine või sihipäraste sukeldustestide tegemine kinnitada, et PTFE on sobiv ja selle suurepärane keemiline vastupidavus tagab pika ja prognoositava jõudluse, mida protsessiinsenerid ja materjalispetsifikaatorid ootavad.