Сравнение родственных полимеров
ПТФЭ и ФЭП являются полностью фторированными полимерами. У них одинаковый химический состав связи углерод-фтор, который обеспечивает почти-универсальную химическую стойкость. ФЭП-фторированный этиленпропилен-по сути представляет собой сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена, где сомономер ГФП содержит короткие перфторметильные боковые разветвления, которые уменьшают кристалличность и позволяют обрабатывать-расплав.
Поскольку оба они перфторированы, их химическая стойкость к отдельным кислотам и щелочам сопоставима. Оба рассчитаны на работу во всем диапазоне pH. Разница между ними проявляется в циклической работе,-когда теплообменник попеременно подвергается воздействию кислоты и щелочи-из-за их различной реакции на проникновение, термоциклирование и механическое воздействие в изменяющейся химической среде.
Разница в проникновении и химическом цикле
У ФЭП более низкая кристалличность, чем у ПТФЭ,-обычно 40-50% против 50–70%. Аморфные области полукристаллического полимера имеют больший свободный объем, чем кристаллические области. Проникновение малых молекул происходит преимущественно через аморфную фазу.
Когда ФЭП подвергается воздействию кислотного раствора, молекулы кислоты проникают в аморфные области. Когда тот же компонент ФЭП затем подвергается воздействию щелочного раствора, проникающая кислота вступает в реакцию с поступающей щелочью внутри полимерной матрицы. В результате реакции образуется вода и соль. Молекула воды, образующаяся в замкнутом пространстве свободного объема полимера, расширяется по мере испарения при рабочей температуре. Расширение создает микроскопические импульсы давления внутри полимера.
В течение многих кислотно--щелочных циклов эти повторяющиеся явления микро-давления вызывают форму усталости, уникальную для циклов проникновения. Микро-пустоты растут и сливаются в аморфных областях. Механические свойства полимера,-особенно удлинение при разрыве-снижаются быстрее, чем можно было бы предсказать только на основе термического старения.
ПТФЭ с его более высокой кристалличностью имеет менее аморфный свободный объем для проникновения. Молекулы кислоты и щелочи проникают менее глубоко. Соответственно снижается эффект циклической пропиточной усталости. Механические свойства остаются стабильными в течение более длительного периода при циклическом воздействии.
Таблица 1. Сравнение производительности циклической кислоты-щелочи (чередование 10 % HCl / 10 % NaOH, 80 градусов, 1-часовые циклы)
| Параметр производительности | ФЭП | ПТФЭ |
|---|---|---|
| Кристалличность (%) | 40-50 | 50-70 |
| Аморфная фракция (%) | 50-60 | 30-50 |
| Скорость проникновения кислоты (относительная) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Эффект циклической усталости проникновения | Измеримый | Минимальный |
| Сохранение прочности на разрыв после 5000 циклов (%) | 70-85 | 90-95 |
| Сохранение удлинения после 5000 циклов (%) | 55-75 | 85-95 |
| Образование микро-пустот | Обнаружен в аморфных областях | Минимальный |
| Температура постоянной эксплуатации (градусы) | 204 | 260 |
| Плавление-перерабатываемости | Да (свариваемый) | Нет |
| Относительная стоимость материала | 1.2-1.5× | 1.0× |
Преимущество свариваемости FEP
Единственное явное преимущество ФЭП перед ПТФЭ — это возможность обработки в расплаве. ФЭП можно экструдировать,-лить под давлением и-что особенно важно при изготовлении теплообменников,-стыково-сваривать. Сварные соединения труб из ФЭП-с-коллектором могут быть выполнены без использования механических фитингов, компрессионных уплотнений и щелей. Это значительное преимущество в приложениях со сверх-высокой-чистотой, где механические фитинги подвергаются риску загрязнения.
ПТФЭ нельзя сваривать-в расплаве обычными методами. Трубные соединения основаны на компрессионных фитингах, раструбных соединениях или фланцевых соединениях. Эти механические соединения надежны, но в них появляются щели и требуется периодическая под-затяжка.
Для применений, где количество кислотно--щелочных циклов умеренное и отказ от механических фитингов является более приоритетным, чем сопротивление циклической усталостной пропитке, может быть предпочтительнее ФЭП, несмотря на его более низкую кристалличность.
Разница температурного потолка
Температура непрерывной эксплуатации FEP в 204 градуса достаточна для большинства химических процессов, но не достигает температуры 260 градусов для PTFE. При высоких-циклических кислотах-щелочных условиях-, таких как нагрев химических реакторов, где температура может достигать 200-220 градусов, ПТФЭ обеспечивает более широкий запас прочности.
При температуре выше 180 градусов более низкая кристалличность ФЭП и более высокая аморфная доля ускоряют как проникновение, так и механические эффекты циклического воздействия. Разрыв в характеристиках между FEP и PTFE увеличивается с увеличением температуры.
Краткое содержание
ПТФЭ превосходит ФЭП при работе с циклическими кислотами-щелочными средами благодаря своей более высокой кристалличности, которая уменьшает проникновение в аморфную фазу и сводит к минимуму усталость от циклического проникновения, которая постепенно ухудшает механические свойства ФЭП. ПТФЭ сохраняет 90–95% своей прочности на разрыв после тысяч химических циклов по сравнению с 70–85% ФЭП.
Свариваемость FEP дает преимущество в применениях со сверх-высокой-чистотой, где механическая арматура нежелательна. Для промышленной циклической химической работы в температурных пределах ФЭП этот выбор сочетает в себе превосходную циклическую долговечность ПТФЭ и гибкость изготовления ФЭП.
Инженерный анализ выбора фторполимера циклического химического обслуживания доступен при предоставлении данных о концентрации кислоты и щелочи, частоте и продолжительности цикла, рабочей температуре, требованиях к чистоте и текущем сроке службы оборудования.
