Сравнение на братски полимер
PTFE и FEP са напълно флуорирани полимери. Те споделят една и съща химия на въглерод-флуорна връзка, която осигурява почти-универсална химическа устойчивост. FEP-флуорираният етиленпропилен-е по същество съполимер на тетрафлуоретилен и хексафлуоропропилен, където HFP комономерът въвежда къси перфлуорометилови странични разклонения, които намаляват кристалността и позволяват-обработка в стопилка.
Тъй като и двата са перфлуорирани, тяхната химическа устойчивост към отделни киселини и основи е сравнима. И двата са оценени за работа в целия диапазон на pH. Разликата между тях се проявява при циклична работа-, където топлообменникът редува излагане на киселина и алкалност-чрез различните им реакции на проникване, топлинен цикъл и механичен стрес в променливата химическа среда.
Разликата между проникването и химическия цикъл
FEP има по-ниска кристалност от PTFE-обикновено 40-50% спрямо 50-70%. Аморфните участъци в полукристален полимер имат по-голям свободен обем от кристалните участъци. Проникването на малки молекули става предимно през аморфната фаза.
Когато FEP е изложен на киселинен разтвор, киселинните молекули проникват в аморфните области. Когато същият FEP компонент след това бъде изложен на алкален разтвор, проникналата киселина реагира с входящата основа вътре в полимерната матрица. Реакцията произвежда вода и сол. Водната молекула, образувана в затвореното пространство на свободния обем на полимера, се разширява, докато се изпарява при работната температура. Разширяването създава микроскопични импулси на налягане в полимера.
При много киселинно-алкални цикли, тези повтарящи се събития на микро-налягане причиняват форма на умора, уникална за цикъла на проникване. Микро-кухините растат и се сливат в аморфните области. Механичните свойства на полимера-особено удължението при скъсване-намаляват по-бързо, отколкото би могло да се предвиди само от термично стареене.
PTFE, с по-високата си кристалност, има по-малко аморфен свободен обем за проникване. Киселинните и алкалните молекули проникват по-малко дълбоко. Ефектът на умора от циклично проникване е съответно намален. Механичните свойства остават стабилни за по-дълъг период от време при циклично излагане.
Таблица 1: Сравнение на ефективността на -алкалната циклична киселина (10% HCl / 10% NaOH редуване, 80 градуса, 1-часови цикли)
| Параметър на производителността | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| Кристалност (%) | 40-50 | 50-70 |
| Аморфна фракция (%) | 50-60 | 30-50 |
| Скорост на проникване на киселина (относителна) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Ефект на умора от циклично проникване | Измерими | Минимална |
| Запазване на якостта на опън след 5000 цикъла (%) | 70-85 | 90-95 |
| Задържане на удължението след 5000 цикъла (%) | 55-75 | 85-95 |
| Образуване на микро{0}}кухини | Открива се в аморфни области | Минимална |
| Непрекъсната работна температура (градуси) | 204 | 260 |
| Възможност за-обработка на стопилка | Да (заваряем) | не |
| Относителна цена на материала | 1.2-1.5× | 1.0× |
Предимството на заваряемостта на FEP
Едно ясно предимство на FEP пред PTFE е способността-за обработка чрез стопяване. FEP може да бъде екструдиран,-формован под налягане и-критично за производството на топлообменник-челно-заварен. Заварените FEP тръби-към-фуги могат да бъдат направени без механични фитинги, без компресионни уплътнения и без пукнатини. Това е значително предимство в приложения със свръх-висока-чистота, където механичните фитинги крият риск от замърсяване.
PTFE не може да се заварява-с конвенционални методи. Тръбните връзки разчитат на компресионни фитинги, развалени съединения или фланцови връзки. Тези механични съединения са надеждни, но създават пукнатини и изискват периодично повторно -въртящ момент.
За приложения, при които броят на киселинно-алкалните цикли е умерен и елиминирането на механичните фитинги е с по-висок приоритет от устойчивостта на умора при циклично проникване, FEP може да бъде предпочитан въпреки по-ниската си кристалност.
Разликата в температурния таван
Непрекъснатата работна температура на FEP от 204 градуса е подходяща за повечето химически обработки, но е по-ниска от номиналната температура от 260 градуса на PTFE. При високо{3}}циклична киселина-алкално обслужване-като например при нагряване на химически реактор, където температурите могат да достигнат 200-220 градуса -PTFE осигурява по-широка граница на безопасност.
При температури над 180 градуса, по-ниската кристалност на FEP и по-високата аморфна фракция ускоряват както проникването, така и механичните ефекти от цикличното излагане. Разликата в производителността между FEP и PTFE се разширява с повишаване на температурата.
Резюме
PTFE превъзхожда FEP при циклична киселина-алкална работа поради по-високата си кристалност, която намалява проникването в аморфната фаза и свежда до минимум умората от циклично проникване, която прогресивно влошава механичните свойства на FEP. PTFE запазва 90-95% от своята якост на опън след хиляди химически цикли, в сравнение със 70-85% за FEP.
Способността за заваряване на FEP осигурява предимство в приложения с ултра-висока-чистота, където механичните фитинги са нежелателни. За индустриално циклично химическо обслужване в рамките на температурните граници на FEP, изборът балансира превъзходната циклична издръжливост на PTFE срещу гъвкавостта на производството на FEP.
Инженерен анализ за избор на флуорополимер за циклично химическо обслужване е достъпен при подаване на киселинни и алкални концентрации, честота и продължителност на цикъла, работна температура, изисквания за чистота и текущи данни за експлоатационния живот на оборудването.
