Феномен затвердевания
Тефлоновый теплообменник в системе регенерации растворителя работает с дихлорметаном при температуре 120 градусов. После 18 месяцев эксплуатации трубки, изначально бывшие гибкими и пластичными, стали заметно жестче. При ручном изгибе издается потрескивающий звук. Испытание на изгиб снятого образца трубы показывает уменьшение удлинения при разрыве. Материал затвердел-, что является признаком прогрессирующей деградации, которая в конечном итоге приведет к хрупкому разрушению.
ПТФЭ считается химически инертным к хлорированным растворителям. Стандартные таблицы совместимости не показывают никакой реакции. Однако ужесточение реально и измеримо. Механизм заключается не в химической деградации в смысле разрыва связей, а в физическом старении, ускоряемом средой растворителя-сочетанием кристаллизации,-вызванной растворителем, и потери низко-молекулярных-фракций полимера.
Механизм двойной закалки
Два механизма способствуют отверждению ПТФЭ в горячих хлорированных растворителях. Оба являются физическими, а не химическими.-Молекулярная структура полимера остается неизменной, но его физическое состояние меняется.
Кристаллизация,-индуцированная растворителем: хлорированные растворители абсорбируются аморфными областями ПТФЭ. Поглощенные молекулы растворителя повышают подвижность полимерных цепей в аморфной фазе. Мобилизованные цепи могут реорганизоваться в более упорядоченные, кристаллические структуры. Кристалличность ПТФЭ увеличивается-с 50-55 % при изготовлении до 60–70 % после длительного воздействия растворителя при повышенной температуре. Более высокая кристалличность означает более жесткий и менее пластичный материал.
Извлечение частиц с низкой-молекулярной-массой: ПТФЭ содержит небольшую долю (1-3%) низко-молекулярных-полимерных цепей и олигомеров. Эти вещества действуют как внутренние пластификаторы, способствуя гибкости материала. Горячие хлорированные растворители могут медленно извлекать эти вещества из полимерной матрицы. Потеря пластифицирующей фракции делает оставшийся высокомолекулярный полимер более жестким и хрупким.
| Материальная собственность | Как-производственный ПТФЭ | Через 18 месяцев в CH₂Cl₂ при 120 градусах. | Через 36 месяцев |
|---|---|---|---|
| Кристалличность (%) | 52 | 64 | 68 |
| Предел прочности (МПа) | 28 | 32 (небольшое увеличение) | 35 (хрупкий) |
| Удлинение при разрыве (%) | 280 | 120 | 40 |
| Модуль упругости при изгибе (МПа) | 500 | 850 | 1,200 |
| Внешний вид | Белый, непрозрачный | Белый, чуть более прозрачный | Белый цвет, видны микротрещины на поверхности- |
| Ручное испытание на гибкость | Гибкий; без растрескивания | жестче; легкий треск | хрупкий; трещины при изгибе |
Температурная зависимость
Скорость затвердевания увеличивается с повышением температуры. При температуре 80 градусов эффект будет медленным,-измеримые изменения могут занять 5–10 лет. При температуре 120 градусов эффект заметен в течение 18-36 месяцев. При температуре 150 градусов быстрое затвердевание может произойти в течение 6-12 месяцев.
Зависимость между температурой и скоростью отверждения соответствует кинетике Аррениуса с энергией активации примерно 40-60 кДж/моль. Это позволяет прогнозировать срок службы при различных температурах на основе ускоренных испытаний при более высоких температурах. Трубка, которая затвердевает до порога разрушения за 1000 часов при температуре 150 градусов, потребует примерно 8000 часов при 120 градусах и 30 000 часов при 90 градусах.
Оперативное реагирование
При обнаружении затвердевания возможны несколько реакций. Снижение рабочей температуры замедляет скорость дальнейшего затвердевания. Если процесс не допускает более низких температур, трубы следует контролировать путем периодических испытаний на изгиб или измерения удлинения на трубке для проб, снятой во время планового технического обслуживания. Когда удлинение падает ниже 50%, трубы следует планировать на замену.
Интервал замены предсказуем в зависимости от рабочей температуры и воздействия растворителя. Проактивный график замены позволяет избежать неожиданного хрупкого разрушения в процессе эксплуатации. Снятые трубки, хотя и закалены, не вышли из строя и могут быть заменены во время плановых простоев.
Краткое содержание
Прогрессирующее затвердевание трубок из ПТФЭ в горячих хлорированных растворителях вызвано-индуцированной растворителем кристаллизацией и экстракцией низко-молекулярных-частиц. Затвердевание увеличивается с увеличением температуры и времени воздействия. При температуре 120 градусов значительное охрупчивание может произойти в течение 18-36 месяцев. Оперативные меры включают снижение температуры, периодический контроль удлинения и плановую замену трубок, когда удлинение падает ниже 50%. Упрочнение предсказуемо, что позволяет заранее планировать техническое обслуживание.
Инженерная поддержка для прогнозирования срока службы теплообменника из ПТФЭ при работе с растворителями доступна после предоставления информации о растворителе, рабочей температуре, продолжительности воздействия и любых наблюдаемых изменениях механических свойств труб.
