Usporedba srodnih polimera
PTFE i FEP su potpuno fluorirani polimeri. Dijele istu kemijsku vezu ugljika-fluora koja pruža gotovo-univerzalnu kemijsku otpornost. FEP-fluorirani etilen propilen-je u biti kopolimer tetrafluoroetilena i heksafluoropropilena, gdje HFP komonomer uvodi kratke perfluorometilne bočne grane koje smanjuju kristalnost i omogućuju-preradu taljenjem.
Budući da su oba perfluorirana, njihova je kemijska otpornost na pojedinačne kiseline i lužine usporediva. Oba su ocijenjena za rad u cijelom pH rasponu. Razlika između njih pojavljuje se u cikličkom radu-gdje se izmjenjivač topline izmjenjuje između izloženosti kiselinama i lužinama-kroz njihove različite reakcije na propusnost, toplinske cikluse i mehanički stres u izmjeničnom kemijskom okruženju.
Razlika između propusnosti i kemijskog ciklusa
FEP ima nižu kristalnost od PTFE-obično 40-50% u odnosu na 50-70%. Amorfna područja u polukristalnom polimeru imaju veći slobodni volumen od kristalnih područja. Prožimanje malih molekula odvija se pretežno kroz amorfnu fazu.
Kada je FEP izložen otopini kiseline, molekule kiseline prodiru u amorfna područja. Kada se ista FEP komponenta zatim izloži alkalnoj otopini, prožeta kiselina reagira s nadolazećom alkalijom unutar polimerne matrice. Reakcija proizvodi vodu i sol. Molekula vode, nastala u ograničenom prostoru slobodnog volumena polimera, širi se dok isparava na radnoj temperaturi. Ekspanzija stvara mikroskopske impulse tlaka unutar polimera.
Tijekom mnogih kiselih-alkalnih ciklusa, ovi ponovljeni događaji mikro-tlaka uzrokuju oblik zamora jedinstven za cikluse prodiranja. Mikro-praznine rastu i spajaju se u amorfnim područjima. Mehanička svojstva polimera-osobito istezanje pri prekidu-opadaju brže nego što bi se moglo predvidjeti samo toplinskim starenjem.
PTFE, sa svojom većom kristalnošću, ima manji amorfni slobodni volumen za prodiranje. Molekule kiseline i lužine prodiru manje duboko. Učinak cikličkog propuštanja zamora je odgovarajuće smanjen. Mehanička svojstva ostaju stabilna dulje vrijeme pod cikličkim izlaganjem.
Tablica 1: Usporedba alkalne učinkovitosti cikličke kiseline- (10% HCl / 10% NaOH naizmjenično, 80 stupnjeva, 1-satni ciklusi)
| Parametar izvedbe | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| Kristalnost (%) | 40-50 | 50-70 |
| Amorfna frakcija (%) | 50-60 | 30-50 |
| Stopa prodiranja kiseline (relativna) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Učinak zamora cikličke permeacije | Mjerljiv | Minimalno |
| Zadržavanje vlačne čvrstoće nakon 5000 ciklusa (%) | 70-85 | 90-95 |
| Zadržavanje istezanja nakon 5000 ciklusa (%) | 55-75 | 85-95 |
| Formiranje mikro{0}}upljina | Otkriveno u amorfnim područjima | Minimalno |
| Kontinuirana radna temperatura (stupnjevi) | 204 | 260 |
| Mogućnost obrade-taljenjem | Da (zavarljivo) | Ne |
| Relativni trošak materijala | 1.2-1.5× | 1.0× |
Prednost zavarljivosti FEP-a
Jedna jasna prednost FEP-a u odnosu na PTFE je mogućnost obrade-taljenjem. FEP se može ekstrudirati,-brizgati i-kritično za izradu izmjenjivača topline-čeono-zavarivati. Zavareni spojevi FEP cijevi-na-glavu mogu se napraviti bez mehaničkih spojeva, bez kompresijskih brtvi i bez pukotina. Ovo je značajna prednost u primjenama ultra-visoke-čistoće gdje mehanički spojevi predstavljaju rizik od kontaminacije.
PTFE se ne može taliti-zavarivati konvencionalnim metodama. Cijevni spojevi oslanjaju se na kompresijske spojeve, proširene spojeve ili prirubničke spojeve. Ovi mehanički spojevi su pouzdani, ali stvaraju pukotine i zahtijevaju povremeni re-okretni moment.
Za primjene u kojima je broj kiselinskih-alkalnih ciklusa umjeren i uklanjanje mehaničkih spojeva veći je prioritet od otpornosti na zamor cikličkom propusnošću, FEP može biti poželjniji unatoč nižoj kristaliničnosti.
Stropna razlika temperature
FEP-ova stalna radna temperatura od 204 stupnja prikladna je za većinu kemijskih obrada, ali je ispod PTFE-ove ocjene od 260 stupnjeva. U visokotemperaturnoj-cikličkoj kiseloj-alkalnoj službi-kao što je grijanje kemijskog reaktora gdje temperature mogu doseći 200-220 stupnjeva -PTFE pruža veću sigurnosnu marginu.
Na temperaturama iznad 180 stupnjeva, niža kristalnost FEP-a i veća amorfna frakcija ubrzavaju i prodiranje i mehaničke učinke cikličke izloženosti. Razlika u performansama između FEP-a i PTFE-a se povećava kako temperatura raste.
Sažetak
PTFE nadmašuje FEP u cikličkoj kiseli-alkalnoj službi zbog svoje veće kristalnosti, koja smanjuje prodiranje u amorfnu fazu i minimizira zamor od cikličkog prožimanja koji progresivno degradira mehanička svojstva FEP-a. PTFE zadržava 90-95% svoje vlačne čvrstoće nakon tisuća kemijskih ciklusa, u usporedbi sa 70-85% za FEP.
Zavarljivost FEP-a daje prednost u primjenama ultra-visoke-čistoće gdje su mehanički spojevi nepoželjni. Za industrijske cikličke kemijske usluge unutar FEP-ovih temperaturnih ograničenja, izbor uravnotežuje PTFE-ovu superiornu cikličku izdržljivost i FEP-ovu fleksibilnost izrade.
Inženjerska analiza za odabir fluoropolimera cikličke kemijske usluge dostupna je nakon podnošenja koncentracija kiselina i lužina, učestalosti i trajanja ciklusa, radne temperature, zahtjeva čistoće i podataka o trenutnom vijeku trajanja opreme.
