A magas{0}}hőmérsékletű oldószerek kihívása
A gyógyszerszintézis, a speciális vegyszergyártás és az oldószervisszanyerési műveletek a szerves oldószereket 150-200 fokra hevítik. Ezeken a hőmérsékleteken az oldószerek agresszívvé válnak a polimer anyagokkal szemben a duzzadás, áthatolás és lágyulás révén. A környezeti hőmérsékleten kémiailag ellenálló polimer 180 fokon meglágyul, megduzzad vagy feloldódhat.
A PEEK-poliéter-éterketon-nagy teljesítményű, hőre lágyuló műanyag, 250 fokos folyamatos üzemi hőmérséklettel és kiváló vegyszerállósággal. Igényes űrhajózási, olaj- és gázipari, valamint vegyi feldolgozási alkalmazásokban használják, ahol más polimerek meghibásodnak. A PTFE 260 fokos folyamatos működésre is besorolható, és majdnem univerzális vegyszerállósággal.
A forró oldószeres hőcseréhez e két prémium polimer közötti választás attól függ, hogy ezek alapvetően eltérőek a szerves oldószer expozíciójára magas hőmérsékleten.
A duzzanat és a permeáció különbsége
A szerves oldószerek úgy hatolnak be a polimerekbe, hogy a polimerláncok közötti szabad térfogatba diffundálnak. Az abszorpció mértéke az oldószer és a polimer közötti oldhatósági paraméterek egyezésétől, valamint a polimer szerkezetében lévő szabad térfogat mennyiségétől függ.
A PEEK egy félig{0}}kristályos polimer merev aromás vázzal. A merevség korlátozza a szabad térfogatot és csökkenti az oldószer felszívódását a rugalmasabb polimerekhez képest. A legtöbb szerves oldószerben 150 fok alatti hőmérsékleten a PEEK 2 tömeg%-nál kevesebb oldószert szív fel, és jól megőrzi mechanikai tulajdonságait.
150 fok felett a helyzet megváltozik. A megnövekedett hőenergia növeli a szabad térfogatot. Az oldószermolekulák mélyebben hatolnak be. A felszívódás nő. Az abszorbeált oldószer lágyítja a polimert,{5}}az oldószermolekulák belső kenőanyagként működnek a polimerláncok között, csökkentve a szilárdságot és a merevséget. A 120 fokon méretstabil és mechanikailag szilárd PEEK komponens ugyanabban az oldószerben 180 fokon megduzzad és meglágyul.
A PTFE másképp reagál. A szén-fluor kötések nagyon alacsony kohéziós energiasűrűségű polimert hoznak létre,-a láncok közötti intermolekuláris erők gyengék. A legtöbb polimer által abszorbeált oldószerek kevéssé vonzódnak a PTFE-hez. A PTFE oldhatósági paramétere körülbelül 6,2 (cal/cm³)^(1/2), messze a legtöbb szerves oldószertől. A felszívódás még magasabb hőmérsékleten is minimális.
1. táblázat: PTFE vs. PEEK szerves oldószer expozícióban 180 fokon
| Teljesítményparaméter | KANDIKÁL | PTFE |
|---|---|---|
| Üvegesedési hőmérséklet ( fok ) | 143 | 115 (de nem lágyul jelentősen a magas kristályosság miatt) |
| Folyamatos használati hőmérséklet ( fok ) | 250 | 260 |
| Oldószer abszorpciója toluolban 180 fokon (%) | 3-8 | < 0.5 |
| Oldószer abszorpciója DMF-ben 180 fokon (%) | 5-12 | < 0.5 |
| A szakítószilárdság megtartása 1000 óra után oldószerben 180 fokon (%) | 60-80 (oldószerfüggő) | > 90 |
| Méretváltozás az oldószerben 180 fokon (%) | 1-5 (duzzanat) | < 0.5 |
| Permeációs ráta (relatív) | Mérsékelt | Nagyon alacsony |
| Stresszrepedés-érzékenység | Mérsékelt (agresszív oldószerekben) | Egyik sem |
| Kúszásállóság 180 fokban terhelés alatt | Jó | Mérsékelt (módosított PTFE használata) |
A stresszre törő megkülönböztetés
A PEEK érzékeny a környezeti feszültségrepedésekre bizonyos szerves oldószerekben, magasabb hőmérsékleten. Amikor egy feszültség alatt álló PEEK-komponenst olyan oldószernek tesznek ki, amely bizonyos affinitást mutat a polimerhez, az oldószermolekulák feszültségkoncentrációkon koncentrálódnak, felületi hibák, megmunkálási nyomok vagy szorítási pontok. A lokalizált lágyítás mikro-repedéseket okoz, amelyek lassan terjednek át az anyagon.
Az érzékenység az adott oldószertől, a stressz szinttől és a hőmérséklettől függ. Új vagy kevert oldószeres készítmények esetében nehéz megjósolni. A tesztkörnyezetben hibátlanul működő hőcserélő gyártása idő előtt meghibásodhat egy kisebb oldószerszennyeződés vagy egy kicsit eltérő üzemi hőmérséklet miatt.
A PTFE-nek nincs ismert környezeti feszültségrepedési érzékenysége szerves oldószerekben. A szén-fluorkötés túl erős ahhoz, hogy az oldószermolekulák megszakadjanak. Az anyag alacsony kohéziós energiasűrűsége azt jelenti, hogy még az enyhén felszívódó oldószerek sem tudnak eléggé koncentrálódni a feszültségi pontokon ahhoz, hogy repedést okozzanak.
A kúszás és nyomás határkereskedelme-elengedhető
A PEEK előnye a kúszásállóság. A PEEK merev aromás gerince jobb ellenállást biztosít a terhelés alatti kúszással szemben, mint a PTFE azonos hőmérsékleten. A PEEK cső belső gőznyomás alatt 180 fokban lassabban kúszik, mint egy PTFE cső azonos körülmények között.
A módosított PTFE oldalsó{0}}komonomereivel ennek a hiánynak a nagy részét bezárja. 180 fokos és mérsékelt gőznyomáson (2-4 barg) a módosított PTFE megfelelő kúszási élettartamot biztosít 5-10 éves üzemidőhöz. Azoknál az alkalmazásoknál, ahol 180 fokos gőznyomásra van szükség, a PEEK kiváló kúszásállósága indokolhatja a magasabb anyagköltséget és a korlátozottabb oldószerkompatibilitást.
Összegzés
A PTFE felülmúlja a PEEK-et 150 fok feletti forró szerves oldószeres szolgáltatásban, ahol az oldószer duzzadása, áteresztése és feszültségrepedés a domináns probléma. A PTFE alacsony oldhatósági paramétere és erős C-F kötései közel-nulla oldószerabszorpciót és feszültségrepedésekkel szembeni ellenállást biztosítanak. A PEEK érzékeny a megduzzadásra és a környezeti feszültség hatására bizonyos oldószerekben, magasabb hőmérsékleten.
A PEEK előnye a kiváló kúszásállóság, amely nagy{0}}nyomású gőzalkalmazásoknál meghatározó lehet. A legtöbb szerves oldószeres hevítési feladathoz a PTFE nyomáshatárain belül a PTFE szélesebb körű kémiai kompatibilitást biztosít, és mentességet biztosít a feszültségrepedés kockázatától.
Műszaki elemzés a forró oldószeres hőcserélő polimer kiválasztásához az oldószer azonosítása és koncentrációja, az üzemi hőmérséklet és nyomás, a hőterhelés és bármely korábbi polimer kompatibilitási vizsgálati eredmény benyújtása után érhető el.
