Postrojenje za završnu obradu metala koje pokreće liniju za eloksiranje kromnom kiselinom na 55 stupnjeva potrebno je za zamjenu pokvarenog uronjenog grijača. Tim za održavanje imao je dvije mogućnosti: PTFE-grijač s plaštom i PVDF-grijač s plaštom. Oba su ocijenjena za temperaturu i kemiju. PVDF opcija bila je jeftinija. PTFE opcija je imala dulju evidenciju u sličnim instalacijama. Odluka se svela na usporedbu koja se često previše pojednostavljuje kao "PTFE je bolji" ili "PVDF je jeftiniji".
PTFE i PVDF su fluoropolimeri s izvrsnom kemijskom otpornošću. Oba su otporna na kromnu kiselinu pri tipičnim koncentracijama i temperaturama anodizacije. Ali razlikuju se po toplinskim svojstvima, mehaničkoj čvrstoći, otpornosti na prodiranje i cijeni. U uslugama kromne kiseline te razlike određuju koji materijal donosi niži ukupni trošak vlasništva.
Otpornost na kemikalije u kromnoj kiselini
Kromna kiselina je jako oksidacijsko sredstvo. I PTFE i PVDF otporni su na oksidaciju pri koncentracijama i temperaturama koje se koriste u anodizaciji-obično 5–10% CrO₃ na 40–60 stupnjeva. Nijedan materijal nije napadnut u normalnim radnim uvjetima.
Razlika se pojavljuje pri višim temperaturama ili koncentracijama. PTFE zadržava svoju kemijsku otpornost do 260 stupnjeva. PVDF počinje omekšavati i razgrađivati se iznad 150 stupnjeva, a njegova kemijska otpornost opada iznad 120 stupnjeva. U radu s kromnom kiselinom na 55 stupnjeva, oba materijala su unutar svojih sigurnih raspona, ali PTFE pruža veću marginu ako temperatura procesa varira ili ako dođe do lokalnog pregrijavanja.
| Materijal | Kontinuirana servisna temp | Maksimalna temperatura u kromnoj kiselini | Otpornost na oksidaciju | Otpornost na prodiranje |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 260 stupnjeva | 200 stupnjeva + | Izvrsno | Izvrsno |
| PVDF | 150 stupnjeva | 120 stupnjeva | Dobro | Umjereno |
| FEP | 200 stupnjeva | 150 stupnjeva | Vrlo dobro | Dobro |
| U privitku | 260 stupnjeva | 200 stupnjeva + | Izvrsno | Izvrsno |
Kemijska i toplinska ograničenja za fluoropolimerne materijale plašta u radu s kromnom kiselinom
Toplinska vodljivost i gustoća u vatima
PVDF ima toplinsku vodljivost od približno 0,20 W/m·K, malo nižu od PTFE 0,25 W/m·K. To znači da PVDF zahtijeva nižu gustoću u vatima za istu temperaturu omotača ili veću površinu za istu snagu.
U praksi je razlika skromna. PVDF grijač može trebati 10-15% više površine nego PTFE grijač za isti rad pri istoj temperaturi plašta. U spremnicima s ograničenim prostorom ta razlika može biti važna. U spremnicima s dovoljno prostora, to nije odlučujući faktor.
| Materijal | Toplinska vodljivost | Sigurna vatna gustoća u kromnoj kiselini | Površina za 5 kW | Relativni otisak |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Osnovna linija |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 1,0–1,3 W/cm² | 3800–5000 cm² | 10–20% veći |
| FEP | 0.24 W/m·K | 1,2–1,4 W/cm² | 3500–4200 cm² | Sličan |
| U privitku | 0.26 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Sličan |
Zahtjevi za toplinsku vodljivost i površinu za fluoropolimerne ovojnice u kromnoj kiselini
Mehanička čvrstoća i trajnost
PTFE je mekani polimer. Sklon je hladnom tečenju pod tlačnim opterećenjem, zbog čega prirubnički spojevi zahtijevaju mehaničke blokade ili često ponovno zatezanje. PVDF je tvrđi i čvršći od PTFE-a. Bolje podnosi hladno strujanje i zadržava svoj oblik pod opterećenjem.
Kod eloksiranja s kromnom kiselinom, gdje police i radni dijelovi mogu doći u dodir s grijačem tijekom utovara i istovara, veća tvrdoća PVDF-a pruža bolju otpornost na mehanička oštećenja. Udubljenje u PTFE-u može stvoriti mjesto nukleacije za taloženje i put za kemijsku permeaciju. Isti utjecaj na PVDF može ostaviti samo trag na površini.
PVDF je također otporniji na abraziju od PTFE-a. U spremnicima s suspendiranim krutim tvarima ili čestim čišćenjem, PVDF dulje zadržava svoju površinu. Glatka površina otporna je na lijepljenje kamenca i lakše se čisti.
| Mehanička svojstva | PTFE | PVDF | Prednost |
|---|---|---|---|
| Tvrdoća (Shore D) | 50–60 | 70–80 | PVDF |
| Vlačna čvrstoća | 20–30 MPa | 40–55 MPa | PVDF |
| Otpor hladnog protoka | Jadno | Dobro | PVDF |
| Otpornost na habanje | Umjereno | Dobro | PVDF |
| Otpornost na udarce | Umjereno | Umjereno – dobro | PVDF |
Usporedba mehaničkih svojstava za PTFE i PVDF plašteve grijača
Permeacija i vijek trajanja
Permeacija je spora difuzija kemijskih vrsta kroz polimerni omotač. U radu s kromnom kiselinom, propusnost omogućuje ionima kroma i vlazi da dopru do MgO izolacije, smanjujući otpor izolacije i na kraju uzrokujući kvar.
PTFE ima bolju otpornost na prodiranje od PVDF-a, osobito na povišenim temperaturama. Fluorougljični lanci u PTFE-u čvršće su pakirani i manje pokretljivi od lanaca u PVDF-u, koji sadrže atome vodika koji stvaraju prostore u strukturi polimera. U kromnoj kiselini na 55 stupnjeva, PTFE omotaču može trebati dvostruko više vremena nego PVDF omotaču da postigne istu razinu propusnosti.
Praktična posljedica je vijek trajanja. PVDF grijač u radu s kromnom kiselinom može trajati 2-3 godine. PTFE grijač u istom servisu može trajati 4-6 godina. Duži radni vijek PTFE-a kompenzira njegovu višu nabavnu cijenu tijekom vijeka instalacije.
| Materijal | Vrijeme do izolacijske otpornosti<50 MΩ | Očekivani vijek trajanja u kromnoj kiselini | Relativna stopa propusnosti |
|---|---|---|---|
| PTFE | 24-48 mjeseci | 4–6 godina | 1× |
| PVDF | 12–24 mjeseca | 2–3 godine | 2–3× |
| FEP | 18-36 mjeseci | 3–4 godine | 1.5–2× |
| PFA | 24-48 mjeseci | 4–6 godina | 1× |
Stope propusnosti i vijek trajanja za fluoropolimerne omotače u kromnoj kiselini na 55 stupnjeva
Usporedba troškova tijekom vremena
PVDF grijači obično koštaju 20-30% manje od PTFE grijača slične snage i konfiguracije. U primjeni niske-temperature,-blage kemije gdje oba materijala traju jednako dugo, PVDF je ekonomičan izbor.
U uslugama s kromnom kiselinom, kraći radni vijek PVDF-a nadoknađuje njegovu nižu nabavnu cijenu. Tijekom deseto-godišnjeg razdoblja, PVDF grijač može zahtijevati 3-5 zamjena, dok PTFE grijač zahtijeva 2. Rad i zastoj za svaku zamjenu povećavaju razliku u cijeni.
| Materijal | Nabavna cijena | Životni vijek | 10-godišnje zamjene | 10-godišnji ukupni trošak |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | Osnovna linija | 4–6 godina | 2 | 2× nabavna cijena |
| PVDF | 0,7–0,8× osnovna linija | 2–3 godine | 3–5 | 2,1–4,0× osnovna linija |
| FEP | 0,8–0,9× osnovna linija | 3–4 godine | 2–3 | 1,6–2,7× osnovna linija |
| PFA | 1,1–1,3× osnovna linija | 4–6 godina | 2 | 2,2–2,6× osnovna linija |
Usporedba troškova za fluoropolimerne grijače u razdoblju od deset- godina u servisu kromne kiseline
Kada je PVDF bolji izbor
PVDF je bolji izbor kada je koncentracija kromne kiseline niska, temperatura umjerena, a spremnik ima ograničen prostor koji pogoduje kompaktnijem grijaču. Također je prikladan za primjene gdje je mehanička izdržljivost važnija od otpora na propusnost-kao što su spremnici s čestim punjenjem i pražnjenjem kod kojih postoji opasnost od kontakta s grijačem.
PVDF nije prikladan za visoke-temperature kromne kiseline, za kupke koje mogu prelaziti 80 stupnjeva ili za primjene u kojima grijač mora trajati više od tri godine bez zamjene.
Kada je PTFE bolji izbor
PTFE je bolji izbor za većinu aplikacija za eloksiranje s kromnom kiselinom. Njegova veća otpornost na propusnost, šira temperaturna margina i duži vijek trajanja opravdavaju višu nabavnu cijenu. U spremnicima gdje je zamjena grijača ometajuća-veliki spremnici, kritične proizvodne linije ili-teško{4}}dostupne instalacije-duži vijek trajanja PTFE-a je značajna prednost.
Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s niskom gustoćom u vatima, velikom površinom i zatvorenim kućištima terminala dodatno produljuje vijek trajanja. Proces specifikacije zahtijeva koncentraciju kromne kiseline, radnu temperaturu, dimenzije spremnika i potrebnu snagu u vatima. Za objekte koji pokreću linije za eloksiranje kromnom kiselinom, ovaj-pristup specifičan za primjenu pruža pouzdanu uslugu tamo gdje PVDF može podbaciti.
