En producent af præcisionsdele installerede en PTFE-dyppevarmer i en-opløsningsmiddelbaseret rensetank. Opløsningsmidlet var et chloreret carbonhydrid, der blev brugt til at fjerne maskinolier og flusmiddelrester. Varmelegemet blev vurderet til temperaturen og watt-densiteten. Det fejlede efter tre måneder-ikke på grund af kemisk angreb på PTFE, men på grund af opløsningsmiddelgennemtrængning, der forringede MgO-isoleringen og forårsagede en jordfejl. Polymeren var intakt. Varmelegeme var ikke.
Opløsningsmiddelbaserede-rengøringsvæsker udgør en anden udfordring end vandig kemi. De fleste opløsningsmidler angriber ikke PTFE kemisk, men de gennemtrænger polymeren lettere end vand. Deres lave viskositet og høje diffusivitet gør det muligt for dem at trænge ind i kappen hurtigere og nå MgO-isoleringen på måneder i stedet for år. Resultatet er et hurtigt fald i isolationsmodstanden og eventuel elektrisk fejl.
Hvorfor opløsningsmidler trænger PTFE hurtigere end vand
Permeation er en diffusionsproces. Molekyler bevæger sig gennem polymermatrixen ved at klemme mellem kæderne. Mindre molekyler diffunderer hurtigere. Molekyler, der har en affinitet for polymeren-lignende opløselighedsparametre-diffunderer også hurtigere.
Vand er et lille molekyle, men det er polært og har lav affinitet til den upolære PTFE-matrix. Det gennemsyrer langsomt. De fleste organiske opløsningsmidler er upolære eller mildt polære, og de har højere affinitet til PTFE. De opløses lettere i polymeroverfladen og diffunderer hurtigere gennem matrixen.
Klorerede opløsningsmidler såsom methylenchlorid, trichlorethylen og perchlorethylen er særligt aggressive permeanter. Deres lille molekylære størrelse og moderate affinitet for PTFE gør det muligt for dem at trænge ind i hylsteret på uger eller måneder.
| Opløsningsmiddel type | Molekylær størrelse | Affinitet for PTFE | Permeationshastighed | Tid til isolationsfejl |
|---|---|---|---|---|
| Vand | Lille | Lav | Meget lav | 2-5 år |
| Alkoholer | Lille | Moderat | Lav-Moderat | 1-3 år |
| Ketoner | Lille | Moderat | Moderat | 8-18 måneder |
| Klorerede opløsningsmidler | Lille | Moderat – Høj | Høj | 3-8 måneder |
| Aromatiske opløsningsmidler | Moderat | Høj | Høj | 2-6 måneder |
| Alifatiske kulbrinter | Moderat | Høj | Moderat – Høj | 4-12 måneder |
Opløsningsmiddelgennemtrængningshastigheder gennem PTFE og deres effekt på isolationsmodstanden
Effekten af temperatur på opløsningsmiddelgennemtrængning
Temperatur accelererer opløsningsmiddelgennemtrængning på samme måde som den accelererer vandgennemtrængning. Hver 10 graders stigning fordobler nogenlunde diffusionshastigheden. Et opløsningsmiddel, der tager tolv måneder at trænge ind i et hylster ved 40 grader, kan trænge ind i det om seks måneder ved 50 grader og tre måneder ved 60 grader.
Opløsningsmiddelrensningstanke fungerer ofte ved forhøjede temperaturer for at forbedre rengøringseffektiviteten. En tank ved 60-70 grader er særligt krævende for PTFE-dyppevarmere, fordi kombinationen af høj diffusivitet og forhøjet temperatur accelererer gennemtrængning.
| Driftstemperatur | Relativ permeationshastighed | Tid til isolationsfejl | Forventet levetid |
|---|---|---|---|
| 30 grader | 1× | 12-18 måneder | 2-3 år |
| 40 grader | 2× | 6-12 måneder | 1-2 år |
| 50 grader | 4× | 3-6 måneder | 6-12 måneder |
| 60 grader | 8× | 6-12 uger | 3-6 måneder |
| 70 grader | 16× | 3-6 uger | 4-8 uger |
Opløsningsmiddelgennemtrængning og levetid som funktion af driftstemperatur
Hvorfor opløsningsmiddelgennemtrængning er mere skadelig end vandgennemtrængning
Vandgennemtrængning reducerer isoleringsmodstanden, men angriber ikke MgO kemisk. Opløsningsmiddelgennemtrængning er anderledes. Mange organiske opløsningsmidler reagerer med eller opløser MgO-fyldstoffet, hvilket skaber ledende veje og ætsende stoffer.
Klorerede opløsningsmidler kan nedbrydes ved forhøjede temperaturer i kontakt med MgO og frigive saltsyre. Syren angriber MgO og modstandselementet og forårsager hurtig nedbrydning. Varmeren svigter indefra og ud, selvom PTFE-kappen virker intakt.
Opløsningsmidlet, der når MgO'en, skaber også en brandrisiko. Organiske opløsningsmidler er brandfarlige, og et varmelegeme, der har absorberet opløsningsmiddel i sin isolering, kan antændes, hvis elementet overophedes. Dette er et sikkerhedsproblem såvel som et pålidelighedsproblem.
Praktiske retningslinjer for opløsningsmiddelservice
PTFE-dyppevarmere er ikke egnede til alle-opløsningsmiddelbaserede rengøringsapplikationer. For opløsningsmidler med lave permeationshastigheder-såsom vand-blandbare alkoholer og milde ketoner ved moderate temperaturer-kan PTFE være acceptabelt med omhyggelig overvågning. Til chlorerede opløsningsmidler, aromatiske opløsningsmidler og høj-temperaturdrift anbefales PTFE ikke.
I disse applikationer bør alternative materialer overvejes. Kvarts er modstandsdygtig over for de fleste opløsningsmidler og har lavere permeation. Rustfrit stål 316L er modstandsdygtigt over for mange opløsningsmidler, men kan korrodere i klorerede miljøer. Titanium er modstandsdygtigt over for de fleste opløsningsmidler, men er dyrt.
| Opløsningsmiddel type | PTFE Egnethed | Anbefalet alternativ | Noter |
|---|---|---|---|
| Vandige rengøringsmidler | Fremragende | - | PTFE er ideelt |
| alkoholer,<50°C | God | - | Overvåg isolationsmodstand |
| Ketoner,<50°C | Moderat | Kvarts | Kortere levetid |
| Klorerede opløsningsmidler | Ikke anbefalet | Kvarts, rustfrit stål | Brandrisiko, gennemtrængning |
| Aromatiske opløsningsmidler | Ikke anbefalet | Kvarts, rustfrit stål | Høj permeation |
| Alifatiske kulbrinter | Marginal | Kvarts, rustfrit stål | Moderat gennemtrængning |
PTFE-egnethed og alternativer til-opløsningsmiddelbaserede rensevæsker
Overvågning og vedligeholdelse i Solvent Service
Hvis PTFE anvendes i opløsningsmiddelservice, er overvågning af isolationsmodstanden afgørende. En månedlig megohmmeter-test afslører permeationstendensen. Et fald på mere end 20% fra baseline indikerer, at opløsningsmidlet når MgO.
Terminalkabinettet skal forsegles og udluftes for at forhindre opløsningsmiddeldampe i at samle sig. Opløsningsmiddeldampe er tungere end luft og kan samle sig i lavt-indhegninger. En ordentlig udluftning eller udluftning reducerer risikoen for dampindtrængning og brand.
Regelmæssig rengøring af kappen fjerner opløsningsmiddelrester og aflejringer, der kan fremskynde gennemtrængning. En blød klud og et kompatibelt opløsningsmiddel er tilstrækkeligt. Slibende rengøring beskadiger PTFE-overfladen og skaber kernedannelsessteder for yderligere permeation.
Når PTFE ikke er det rigtige valg
PTFE er ikke det rigtige valg til-opløsningsmiddelbaserede rengøringsvæsker ved forhøjede temperaturer, til klorerede eller aromatiske opløsningsmidler eller til applikationer, hvor brandrisikoen er et problem. I disse tilfælde kan kvarts eller rustfrit stål være mere egnet afhængigt af opløsningsmidlet og driftstemperaturen.
En tilpasset PTFE-dyppevarmerkonfiguration med tykkere hylstre og forseglede terminalindkapslinger forlænger levetiden ved mild opløsningsmiddelbrug, men den kan ikke overvinde de grundlæggende permeationsbegrænsninger af PTFE i aggressive opløsningsmidler. Specifikationsprocessen kræver opløsningsmiddelsammensætningen, driftstemperaturen og permeationshistorien for tidligere varmeapparater.
