Sammenligning af søskendepolymerer
PTFE og FEP er begge fuldt fluorerede polymerer. De deler den samme carbon-fluorbindingskemi, som giver næsten-universel kemisk resistens. FEP-fluoreret ethylenpropylen-er i det væsentlige en copolymer af tetrafluorethylen og hexafluorpropylen, hvor HFP-comonomeren introducerer korte perfluormethyl-sidegrene, der reducerer krystalliniteten og muliggør smelte-behandling.
Fordi begge er perfluorerede, er deres kemiske modstandsdygtighed over for individuelle syrer og baser sammenlignelig. Begge er vurderet til service i hele pH-området. Forskellen mellem dem opstår i cyklisk drift-hvor varmeveksleren veksler mellem sur og alkalisk eksponering-gennem deres forskellige reaktioner på permeation, termisk cyklus og mekanisk stress i det skiftende kemiske miljø.
Permeation og kemisk cykling forskel
FEP har en lavere krystallinitet end PTFE-typisk 40-50 % mod 50-70 %. De amorfe områder i en semi-krystallinsk polymer har højere frit volumen end de krystallinske områder. Permeation af små molekyler sker overvejende gennem den amorfe fase.
Når FEP udsættes for en sur opløsning, trænger syremolekyler ind i de amorfe områder. Når den samme FEP-komponent derefter udsættes for en alkalisk opløsning, reagerer den permeerede syre med den indkommende alkali inde i polymermatrixen. Reaktionen producerer vand og salt. Vandmolekylet, der dannes i det indelukkede rum af polymerens frie volumen, udvider sig, når det fordamper ved driftstemperaturen. Ekspansionen skaber mikroskopiske trykimpulser i polymeren.
Over mange syre-alkaliske cyklusser forårsager disse gentagne mikro-trykhændelser en form for træthed, der er unik for permeationscykler. Mikro-tomrum vokser og smelter sammen i de amorfe områder. Polymerens mekaniske egenskaber-især forlængelse ved brud-aftager hurtigere, end man ville forudsige ud fra termisk ældning alene.
PTFE har med sin højere krystallinitet mindre amorft frit volumen til permeation. Syre- og alkalimolekylerne trænger mindre dybt ind. Den cykliske permeationstræthedseffekt reduceres tilsvarende. Mekaniske egenskaber forbliver stabile i en længere periode under cyklisk eksponering.
Tabel 1: Cyklisk syre-Alkalisk præstationssammenligning (10 % HCl / 10 % NaOH vekslende, 80 grader, 1-times cyklusser)
| Præstationsparameter | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| Krystallinitet (%) | 40-50 | 50-70 |
| Amorf fraktion (%) | 50-60 | 30-50 |
| Syregennemtrængningshastighed (relativ) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Cyklisk permeationstræthedseffekt | Målbar | Minimal |
| Trækstyrkefastholdelse efter 5.000 cyklusser (%) | 70-85 | 90-95 |
| Forlængelsesretention efter 5.000 cyklusser (%) | 55-75 | 85-95 |
| Mikro-tomrumsdannelse | Detekteret i amorfe områder | Minimal |
| Kontinuerlig servicetemperatur (grad) | 204 | 260 |
| Smelt-bearbejdelighed | Ja (svejsbar) | Ingen |
| Relativ materialeomkostning | 1.2-1.5× | 1.0× |
Svejsbarhedens fordel ved FEP
FEP's ene klare fordel i forhold til PTFE er smelte-bearbejdelighed. FEP kan ekstruderes, sprøjtestøbes-og-kritisk til varmevekslerfabrikation-stødsvejses-. Svejste FEP-rør-til-samlinger kan laves uden mekaniske fittings, ingen kompressionstætninger og ingen sprækker. Dette er en væsentlig fordel i applikationer med ultra-høj-renhed, hvor mekaniske fittings udgør en forureningsrisiko.
PTFE kan ikke smeltes-ved konventionelle metoder. Rørforbindelser er afhængige af kompressionsfittings, udspændte samlinger eller flangeforbindelser. Disse mekaniske samlinger er pålidelige, men indfører sprækker og kræver periodisk re-drejningsmoment.
Til applikationer, hvor antallet af syre-alkaliske cyklusser er moderat, og eliminering af mekaniske fittings er en højere prioritet end modstandsdygtighed over for cyklisk permeationstræthed, kan FEP foretrækkes på trods af dens lavere krystallinitet.
Temperaturloftsforskellen
FEP's kontinuerlige driftstemperatur på 204 grader er tilstrækkelig til de fleste kemiske behandlinger, men falder ikke til PTFE's 260 graders rating. Ved høj-temperatur af cyklisk syre-alkalisk service-såsom ved kemisk reaktoropvarmning, hvor temperaturen kan nå 200-220 grader - giver PTFE en bredere sikkerhedsmargin.
Ved temperaturer over 180 grader accelererer FEP's lavere krystallinitet og højere amorfe fraktion både permeation og de mekaniske effekter af cyklisk eksponering. Ydeevnegabet mellem FEP og PTFE bliver større, når temperaturen stiger.
Oversigt
PTFE overgår FEP i cyklisk syre-alkalisk service på grund af dets højere krystallinitet, som reducerer permeation i den amorfe fase og minimerer den cykliske permeationstræthed, der gradvist nedbryder FEP's mekaniske egenskaber. PTFE bevarer 90-95% af sin trækstyrke efter tusindvis af kemiske cyklusser, sammenlignet med 70-85% for FEP.
FEP's svejsbarhed giver en fordel i applikationer med ultra-høj-renhed, hvor mekaniske fittings er uønskede. For industriel cyklisk kemisk service inden for FEP's temperaturgrænser afbalancerer valget PTFE's overlegne cykliske holdbarhed mod FEP's fremstillingsfleksibilitet.
Teknisk analyse for valg af cyklisk kemisk service-fluorpolymer er tilgængelig ved indsendelse af syre- og alkalikoncentrationer, cyklusfrekvens og -varighed, driftstemperatur, renhedskrav og aktuelle data om udstyrets levetid.
