Путь проникновения
Органические растворители проникают через ПТФЭ путем диффузии через аморфные области полимера. Кристаллические области непроницаемы-полимерные цепи упакованы слишком плотно, чтобы молекулы растворителя могли пройти между ними. Общая скорость проникновения пропорциональна доле аморфного материала.
Кристалличность ПТФЭ может варьироваться от 40% до более 70%, в зависимости от марки смолы и условий обработки. Более высокая кристалличность означает меньшее количество аморфной фазы, что означает более низкую проницаемость. Для теплообменников, работающих с органическими растворителями, где проникновение может привести к перекрестному-загрязнению между технологической жидкостью и паро-конденсатной системой, предпочтительным является ПТФЭ с-кристалличностью.
Однако более высокая кристалличность также влияет на механические свойства. ПТФЭ с очень высокой кристалличностью может быть более хрупким и иметь более низкую усталостную прочность при изгибе. Выбор уровня кристалличности позволяет сбалансировать сопротивление проникновению и механическую долговечность.
Кристалличность-Отношения проникновения
Скорость проникновения растворителя через ПТФЭ описывается формулой: P=D × S, где D — коэффициент диффузии, а S — коэффициент растворимости. И D, и S являются функциями аморфной фракции. Коэффициент диффузии уменьшается по мере увеличения кристалличности, поскольку кристаллические области действуют как барьеры, которые увеличивают извилистость пути диффузии. Коэффициент растворимости снижается, поскольку молекулы растворителя исключаются из кристаллической фазы.
Общая скорость проникновения через стенку трубы в установившемся состоянии равна: Q=P × A × Δp / t, где Q — скорость проникновения, A — площадь поверхности, Δp — перепад парциального давления на стенке, а t — толщина стенки.
Для данного растворителя и рабочей температуры удвоение кристалличности с 40% до 60% снижает скорость проникновения примерно на 60-70%. Увеличение с 50% до 65% снижает его на 40-50%.
| Кристалличность (%) | Относительная аморфная фракция | Относительная скорость проникновения | Типичная марка ПТФЭ |
|---|---|---|---|
| 40-45 | 1,0 (базовый уровень) | 1.0 | Низкая-кристалличность; хорошо подходит для механического гибкого срока службы |
| 50-55 | 0.8 | 0.5-0.6 | Стандартный чистый ПТФЭ |
| 60-65 | 0.6 | 0.2-0.4 | Высоко-первичный ПТФЭ |
| 68-72 | 0.5 | 0.1-0.2 | Максимальная кристалличность; возможно, сократился срок службы гибкого трубопровода |
Измерение кристалличности
Кристалличность определяют путем измерения удельного веса образца ПТФЭ и сравнения его с теоретической плотностью аморфного ПТФЭ (2,00 г/см³) и кристаллического ПТФЭ (2,30 г/см³). Кристалличность равна: X=(ρ_образец - ρ_аморфный) / (ρ_кристаллический - ρ_аморфный) × 100%.
Стандартный удельный вес 2,17 соответствует примерно 55% кристалличности. Удельный вес 2,20 соответствует примерно 65% кристалличности. Измерение проводят на образце готовой трубки, поскольку условия обработки влияют на конечную кристалличность.
Для критически важных применений органических растворителей спецификация на закупку трубок должна включать требование к кристалличности: «Трубка из ПТФЭ, кристалличность более или равна 62% (удельный вес более или равен 2,19)». Требование проверяется путем тестирования образца из каждой производственной партии.
Механический компромисс-против
ПТФЭ с высокой-кристалличностью имеет меньшее удлинение при разрыве и более низкую усталостную прочность при изгибе, чем материал со средней-кристалличностью. Для теплообменников, которые во время технического обслуживания подвергаются термоциклированию, вибрации или механическому воздействию, кристалличность 55–60 % обеспечивает лучший баланс сопротивления проникновению и механической долговечности.
Для теплообменников, которые работают при постоянной температуре без механических нарушений, можно указать более высокую кристалличность (62-68%) для максимального сопротивления проникновению. Трубки более хрупкие, и с ними необходимо обращаться осторожно во время установки, но проникновение в процессе эксплуатации сведено к минимуму.
Краткое содержание
Кристалличность ПТФЭ напрямую влияет на устойчивость к проникновению при работе с органическими растворителями. Более высокая кристалличность уменьшает аморфную фракцию, через которую диффундируют молекулы растворителя, уменьшая проницаемость на 40-80 % по сравнению с материалом с низкой кристалличностью. Кристалличность 60-65% обеспечивает хороший баланс сопротивления проникновению и механической прочности для большинства применений теплообменников. Кристалличность должна быть указана при закупке пробирок и подтверждена измерением удельного веса.
Техническая поддержка для спецификации кристалличности ПТФЭ доступна после предоставления информации о растворителе, рабочей температуре, допуске на проникновение и механических условиях эксплуатации.
