Kas PTFE võib tõesti korrodeeruda? Kas mõistate kütteelementide keemilise vastupidavuse piire?

Vaid kaheksa kuud kestnud pideva kasutamise järel purunes spetsiaalses keemiareaktoris kasutatud PTFE{0}}kestaga sukelkütteseade. Seade pidi kestma viis aastat 70% lämmastikhappega protsessivoos 220 kraadi juures. Vaadates ei olnud jälgi söestumisest, sulamisest, kuivpõlemisest- ega mehaanilisest kulumisest. Fluoropolümeeri pinnal seevastu ilmnes ühtlane valgendamine, pinnal väikesed praod ja seina paksuse märgatav kaotus. Operaator ei suutnud seda alguses uskuda: "PTFE on keemiliselt inertne{8}}miski ei ründa seda." See arusaam, mis on levinud protsessisektoris, on põhjus, miks ebaõnnestumine jäi märkamatuks, kuni tootmiskaod kasvasid.

Sündmus näitab levinud arusaamatust. Polütetrafluoroetüleen (PTFE) on tuntud kui keemiliselt inertne, kuna sellel on väga stabiilne süsinik{1}}fluori karkass. Kuid see stabiilsus ei ole alati kõigis olukordades olemas. Protsessiinsenerid ja materjalide spetsifikaatorid, kes arvavad, et PTFE on immuunne vale kasutamise, varajase asendamise ja planeerimata seisakute suhtes. Täpsete tingimuste tundmine, mis võimaldavad kemikaalidel PTFE-d rünnata, aitab teil valida õige materjali ja muudab selle kestvamaks ka rasketes kütteelementides{5}}.


PTFE on vastupidav peaaegu kõikidele tööstuslikele lahustitele, hapetele, alustele ja gaasidele mõõdukatel temperatuuridel, mis on tavaliselt alla 150 kraadi. Kuna sellel pole polaarseid osi ja see sisaldab palju fluori, ei kleepu see enamiku asjade külge ega niisuta seda. Seega näitavad ühilduvuse tabelid tuhandeid aineid kui "ründevaba" või "suurepärane vastupidavus". Tänu sellele võimele on PTFE kasulik keemilise töötlemise vooderdiste, tihendite ja küttekestade, pooljuhtmärgpinkide ja farmaatsiareaktorite jaoks.

Kui temperatuur tõuseb, siis asjad muutuvad. Kui temperatuur ületab 200 kraadi, liiguvad PTFE-ahelate molekulid vabamalt. Mõned agressiivsed organismid pääsevad seejärel pinnast läbi ja hakkavad lagunema. Teadaolevalt on ohtlikud kolme tüüpi ravimid.

Esiteks defluorineerivad PTFE kiiresti naatrium ja kaalium, mis on mõlemad leelismetallid. Kui temperatuur tõuseb üle 300 kraadi, võtavad metalliaatomid polümeeriahelast fluori, moodustades metallifluoriide ja jättes maha süsiniku-rikka jäägi. Reaktsioon on piisavalt tugev, et seda saab sihilikult kasutada naatriumifusiooniuuringutes laboris halogeenide leidmiseks.

Teiseks võivad võimsad fluorivad kemikaalid, nagu elementaarne fluorgaas ja kloortrifluoriid, kahjustada PTFE-d isegi madalamatel temperatuuridel. Need kemikaalid lisavad fluori või asendavad juba olemasolevaid fluoriaatomeid. See purustab ahelad ja muudab need hapraks. Kokkupuutel 10% fluoriga lämmastikus 150 kraadi juures on pinnaltung ilmne mõne tunni jooksul.

Kolmandaks põhjustavad väga tugevad oksüdeerivad happed temperatuuridel, mis on lähedased PTFE ülemisele kasutuspiirile (260 kraadi pidev) aeglase, kuid püsiva lagunemise. Suitsev lämmastikhape, väga kontsentreeritud perkloorhape ja segud vabade halogeenidega võivad põhjustada polümeeri pinna oksüdeerumist. Tempo tõuseb väga kiiresti, kui temperatuur on 250 kraadi või kõrgem. PTFE talub nõrku happeid pikka aega, kuid kui neid segada suurte kontsentratsioonide, kõrgete temperatuuride ja pikkade perioodidega, siis ületavad need materjali kineetilise stabiilsuse piiri.

Keemilised rünnakud jätavad asjadele hoopis teistsugused jäljed kui termilised või mehaanilised rikked. Valguse hajumine mikro-tühjustest või kristallide muutused põhjustavad pinna valgendamist. Pärast keti lõikamist muutub ümbris rabedaks ja jäigaks, mistõttu see kuumuse mõjul paisudes puruneb. Kaalulangus, mida võib mõõta perioodiliste gravimeetriliste uuringutega, näitab, et materjal on eemaldatud. Tõsisematel juhtudel näitab mikroskoopiline ülevaatus auke või teradevahelist eraldumist, mida ainult termiliste rikete korral ei täheldata.

Need erandid erinevad suuresti enamikust tööstuslikest ühenditest. 200 kraadi juures võib väävelhape olla kuni 98% tugev ning vesinikkloriidhape, naatriumhüdroksiidi lahused ja orgaanilised lahustid, nagu tolueen või atsetoon, ei lagune aastate jooksul kasutusel. Peamine erinevus pole mitte kemikaal ise, vaid temperatuuri{4}}kontsentratsiooni ümbris. PTFE-l on lai jõudlusvahemik, kuigi see pole lõpmatu.

Praktiline ühilduvuse kontrollimine eeldab enamat kui üldiste diagrammide pealiskaudset uurimist. Enamik avaldatud andmeid näitavad lühiajalisi{1}}kümblustulemusi ümbritseval temperatuuril või kõrgemal temperatuuril. Insenerid peavad tagama, et kontsentratsioon, temperatuur ja kokkupuuteaeg on taime jaoks sobivad. Sõnu "vastupidav" ja "ühilduv" ei saa kasutada sama asja tähenduseks. Pärast seitsmepäevast testimist võib materjali liigitada vastupidavaks, kuid temperatuuripiirangute saavutamisel võib see aja jooksul laguneda. Piiripealsete rakenduste puhul-ainsaks usaldusväärseks kontrolliks on need, mis töötavad 20 kraadi piires kindlaksmääratud maksimumist või kasutavad tugevaid oksüdeerijaid-, sukeldumistestid simuleeritud protsessitingimustes.

Praktikas on kõige levinum viis, kuidas PTFE tööstuslikes kütteelementides kemikaalide poolt tõsiselt kahjustada saab, kui seda kasutatakse lubatust kõrgemal temperatuuril ja oksüdeerivaid aineid. Vähem levinud, kuid teatatud rikkestsenaarium hõlmab sulaväävli või mõne metallhalogeniidi rünnakut temperatuuril üle 300 kraadi. Mõlemal juhul oli protsessi ümbris polümeeri kineetilise stabiilsuse akna jaoks liiga suur.

Pole ühtegi materjali, mis kõige jaoks sobiks. PTFE on kõige keemiliselt vastupidavam saadaolev materjal, kuigi sellel on mõõdetavad piirid. Nende piiride tundmine-nagu sulatatud leelismetallid, tugevad fluorivad kemikaalid ja intensiivsed oksüdeerijad temperatuuri ülemise piiri lähedal-peavad inimesi kasutamast neid valesti ja kaitseb kalleid seadmeid. Mis tahes paigalduse puhul, mille hooldustingimused on avaldatud piiride lähedal, tagab ühilduvuse kontrollimine andmete hoolika ülevaatamise ja sihipäraste keelekümblusteste abil, et PTFE hämmastavad omadused tagavad pika ja usaldusväärse kasutusea, mida protsessiinsenerid ja materjalide spetsifikaatorid ootavad.