Производитель прецизионных деталей установил погружной нагреватель из ПТФЭ в резервуар для очистки-на основе растворителя. Растворителем служил хлорированный углеводород, используемый для удаления машинного масла и остатков флюса. Нагреватель был рассчитан на температуру и плотность ватт. Через три месяца он вышел из строя-не из-за химического воздействия на ПТФЭ, а из-за проникновения растворителя, который ухудшил изоляцию MgO и вызвал замыкание на землю. Полимер остался целым. Обогревателя не было.
Чистящие жидкости на основе растворителей- представляют собой другую задачу, чем химические средства на водной основе. Большинство растворителей не оказывают химического воздействия на ПТФЭ, но они легче проникают в полимер, чем вода. Их низкая вязкость и высокий коэффициент диффузии позволяют им быстрее проникать в оболочку, достигая изоляции MgO за месяцы, а не за годы. Результатом является быстрое снижение сопротивления изоляции и возможный электрический сбой.
Почему растворители проникают в ПТФЭ быстрее, чем вода
Проникновение – это диффузионный процесс. Молекулы движутся через полимерную матрицу, сжимаясь между цепями. Молекулы меньшего размера диффундируют быстрее. Молекулы, имеющие сродство к полимеру-с аналогичными параметрами растворимости-, также диффундируют быстрее.
Вода представляет собой небольшую молекулу, но она полярна и имеет низкое сродство к неполярной матрице ПТФЭ. Оно проникает медленно. Большинство органических растворителей неполярны или умеренно полярны и имеют более высокое сродство к ПТФЭ. Они легче растворяются в поверхности полимера и быстрее диффундируют через матрицу.
Хлорированные растворители, такие как метиленхлорид, трихлорэтилен и перхлорэтилен, являются особенно агрессивными проникающими веществами. Их небольшой молекулярный размер и умеренное сродство к ПТФЭ позволяют им проникать через оболочку за недели или месяцы.
| Тип растворителя | Молекулярный размер | Сродство к ПТФЭ | Скорость проникновения | Время до разрушения изоляции |
|---|---|---|---|---|
| Вода | Маленький | Низкий | Очень низкий | 2–5 лет |
| Спирты | Маленький | Умеренный | Низкий – средний | 1–3 года |
| Кетоны | Маленький | Умеренный | Умеренный | 8–18 месяцев |
| Хлорированные растворители | Маленький | Умеренный–высокий | Высокий | 3–8 месяцев |
| Ароматические растворители | Умеренный | Высокий | Высокий | 2–6 месяцев |
| Алифатические углеводороды | Умеренный | Высокий | Умеренный–высокий | 4–12 месяцев |
Скорость проникновения растворителя через ПТФЭ и ее влияние на сопротивление изоляции
Влияние температуры на проникновение растворителя
Температура ускоряет проникновение растворителя так же, как ускоряет проникновение воды. Каждые 10 градусов увеличения примерно удваивают скорость диффузии. Растворитель, которому требуется двенадцать месяцев, чтобы проникнуть через оболочку при температуре 40 градусов, может проникнуть в нее за шесть месяцев при температуре 50 градусов и за три месяца при температуре 60 градусов.
Баки для очистки растворителем часто работают при повышенных температурах для повышения эффективности очистки. Резервуар с температурой 60–70 градусов особенно требователен к погружным нагревателям из ПТФЭ, поскольку сочетание высокого коэффициента диффузии и повышенной температуры ускоряет проникновение.
| Рабочая температура | Относительная скорость проникновения | Время до разрушения изоляции | Ожидаемый срок службы |
|---|---|---|---|
| 30 градусов | 1× | 12–18 месяцев | 2–3 года |
| 40 градусов | 2× | 6–12 месяцев | 1–2 года |
| 50 градусов | 4× | 3–6 месяцев | 6–12 месяцев |
| 60 градусов | 8× | 6–12 недель | 3–6 месяцев |
| 70 градусов | 16× | 3–6 недель | 4–8 недель |
Проникновение растворителя и срок службы в зависимости от рабочей температуры
Почему проникновение растворителей более вредно, чем проникновение воды
Проникновение воды снижает сопротивление изоляции, но не оказывает химического воздействия на MgO. Проникновение растворителя различно. Многие органические растворители реагируют с наполнителем MgO или растворяют его, создавая проводящие пути и коррозионные вещества.
Хлорированные растворители могут разлагаться при повышенных температурах при контакте с MgO с выделением соляной кислоты. Кислота воздействует на MgO и резистивный элемент, вызывая быструю деградацию. Нагреватель выходит из строя изнутри, хотя оболочка из ПТФЭ выглядит целой.
Растворитель, попадающий в MgO, также создает опасность возгорания. Органические растворители легко воспламеняются, а нагреватель, впитавший растворитель в изоляцию, может воспламениться, если элемент перегреется. Это вопрос безопасности, а также вопрос надежности.
Практическое руководство по обслуживанию растворителей
Погружные нагреватели из ПТФЭ подходят не для всех видов очистки,-содержащих растворители. Для растворителей с низкой скоростью проникновения,-таких как вода,-смешиваемые со спиртами и слабыми кетонами, при умеренных температурах-ПТФЭ может быть приемлемым при тщательном контроле. Не рекомендуется использовать ПТФЭ для хлорированных растворителей, ароматических растворителей и работы при высоких-температурах.
В этих приложениях следует рассмотреть альтернативные материалы. Кварц устойчив к большинству растворителей и имеет меньшую проницаемость. Нержавеющая сталь 316L устойчива ко многим растворителям, но может подвергаться коррозии в хлорированной среде. Титан устойчив к большинству растворителей, но стоит дорого.
| Тип растворителя | Пригодность ПТФЭ | Рекомендуемая альтернатива | Примечания |
|---|---|---|---|
| Водные чистящие средства | Отличный | - | ПТФЭ идеален |
| Спирты,<50°C | Хороший | - | Мониторинг сопротивления изоляции |
| Кетоны,<50°C | Умеренный | Кварц | Меньший срок службы |
| Хлорированные растворители | Не рекомендуется | Кварц, нержавеющая сталь | Риск пожара, проникновение |
| Ароматические растворители | Не рекомендуется | Кварц, нержавеющая сталь | Высокая проницаемость |
| Алифатические углеводороды | Маргинальный | Кварц, нержавеющая сталь | Умеренная проницаемость |
Пригодность ПТФЭ и альтернативы чистящим жидкостям на основе растворителей-
Мониторинг и обслуживание в сервисе растворителей
Если ПТФЭ используется в растворителях, необходим контроль сопротивления изоляции. Ежемесячная проверка мегаомметра выявляет тенденцию проникновения. Снижение более чем на 20% от исходного уровня указывает на то, что растворитель достигает уровня MgO.
Клеммная коробка должна быть герметизирована и снабжена вентиляцией, чтобы предотвратить накопление паров растворителя. Пары растворителей тяжелее воздуха и могут накапливаться в низких-корпусах. Правильная вентиляция или продувка снижает риск проникновения паров и возгорания.
Регулярная очистка оболочки удаляет остатки растворителя и отложения, которые могут ускорить проникновение. Достаточно мягкой ткани и совместимого растворителя. Абразивная очистка повреждает поверхность ПТФЭ и создает центры зародышеобразования для дальнейшего проникновения.
Когда ПТФЭ — неправильный выбор
ПТФЭ не является подходящим выбором для чистящих жидкостей на основе растворителей-при повышенных температурах, для хлорированных или ароматических растворителей, а также для применений, где существует опасность возгорания. В этих случаях более подходящими могут оказаться кварц или нержавеющая сталь, в зависимости от растворителя и рабочей температуры.
Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с более толстыми оболочками и герметичными клеммными корпусами продлевает срок службы при работе с мягкими растворителями, но не может преодолеть фундаментальные ограничения проникновения ПТФЭ в агрессивных растворителях. Для процесса спецификации требуется состав растворителя, рабочая температура и история проникновения предыдущих нагревателей.
