Může PTFE skutečně korodovat? Rozumíte limitům chemické odolnosti topných těles?

Po pouhých osmi měsících nepřetržitého používání se porouchal ponorný ohřívač s pláštěm z PTFE-, který se používal ve speciálním chemickém reaktoru. Jednotka měla vydržet pět let v procesním proudu se 70% kyselinou dusičnou při 220 stupních. Když jsme se na něj podívali, nebyly tam žádné stopy zuhelnatění, tání, suchého-vypalování nebo mechanického opotřebení. Na druhé straně fluoropolymerový povrch vykazoval rovnoměrné zbělení, drobné praskliny na povrchu a znatelnou ztrátu tloušťky stěny. Operátor tomu zpočátku nemohl uvěřit: "PTFE je chemicky inertní-nic na něj nenapadá." Tato představa, která je běžná v procesním sektoru, je důvodem, proč selhání zůstalo bez povšimnutí, dokud se nezvýšily ztráty ve výrobě.

Událost ukazuje běžné nedorozumění. Polytetrafluoretylen (PTFE) je známý tím, že je chemicky inertní, protože má velmi stabilní uhlík-fluor základní řetězec. Tato stabilita však není vždy přítomna ve všech situacích. Procesní inženýři a specifikátoři materiálů, kteří si myslí, že PTFE je imunní vůči riziku nesprávné aplikace, brzké výměny a neplánovaných odstávek. Znalost přesných podmínek, které umožňují chemikáliím napadnout PTFE, vám pomůže vybrat správný materiál a prodlouží jeho životnost v náročných aplikacích-topných prvků.


PTFE je odolný vůči téměř všem průmyslovým rozpouštědlům, kyselinám, zásadám a plynům při mírných teplotách, které jsou obvykle pod 150 stupňů. Protože nemá žádné polární části a má hodně fluoru, většinu věcí nelepí ani nezvlhčuje. Takže tabulky kompatibility ukazují tisíce látek jako „žádný útok“ nebo „vynikající odolnost“. Díky této schopnosti je PTFE užitečný pro obložení, těsnění a topné pláště v chemickém zpracování, polovodičové mokré stolice a farmaceutické reaktory.

Když teploty stoupají, věci se mění. Když teplota překročí 200 stupňů, molekuly v řetězcích PTFE se pohybují volněji. Některé agresivní organismy se pak mohou dostat přes povrch a zahájit rozklad. Je známo, že tři druhy drog jsou nebezpečné.

Za prvé, sodík a draslík, což jsou oba alkalické kovy, rychle defluorinují PTFE. Když teplota stoupne nad 300 stupňů, atomy kovu odebírají fluor z polymerního řetězce, vytvářejí fluoridy kovů a zanechávají za sebou zbytek bohatý na uhlík-. Reakce je dostatečně silná, že ji lze záměrně použít při studiích sodíkové fúze v laboratoři k nalezení halogenů.

Za druhé, silné fluorační chemikálie, jako je elementární plynný fluor a fluorid chloritý, mohou poškodit PTFE i při nižších teplotách. Tyto chemikálie buď přidávají fluor, nebo nahrazují atomy fluoru, které tam již jsou. To láme řetězy a činí je křehkými. Při vystavení 10% fluoru v dusíku při 150 stupních je povrchové napadení zřejmé během několika hodin.

Za třetí, velmi silné oxidační kyseliny při teplotách blízkých hornímu provoznímu limitu PTFE (260 stupňů kontinuálně) způsobují pomalý, ale stálý rozklad. Dýmavá kyselina dusičná, vysoce koncentrovaná kyselina chloristá a směsi s volnými halogeny mohou způsobit oxidaci povrchu polymeru. Tempo stoupá velmi rychle, když je teplota 250 stupňů nebo vyšší. PTFE zvládne slabé kyseliny po dlouhou dobu, ale když jsou smíchány s velkými koncentracemi, vysokými teplotami a dlouhými časovými úseky, překračují limit kinetické stability materiálu.

Chemické útoky zanechávají na věcech zcela jiné stopy než tepelné nebo mechanické poruchy. Rozptyl světla z mikro-dutin nebo změny v krystalech způsobují bělení povrchu. Po rozříznutí řetězu se pouzdro stává křehkým a tuhým, takže je pravděpodobnější, že se rozbije, když se teplem roztáhne. Ztráta hmotnosti, která může být měřena periodickými gravimetrickými vyšetřeními, ukazuje, že materiál byl odstraněn. Ve vážných případech mikroskopická kontrola prokáže důlkovou nebo mezikrystalovou separaci, která není vidět pouze u tepelných poruch.

Tyto výjimky se velmi liší od většiny průmyslových sloučenin. Při 200 stupních může být kyselina sírová silná až z 98 % a kyselina chlorovodíková, roztoky hydroxidu sodného a organická rozpouštědla jako toluen nebo aceton se během let používání nerozloží. Hlavním rozdílem není chemická látka samotná, ale obálka -teplotní koncentrace. PTFE má široký rozsah výkonu, i když není nekonečný.

Praktické ověření kompatibility vyžaduje více než jen povrchní zkoumání obecných tabulek. Většina publikovaných údajů ukazuje krátkodobé-výsledky ponoření při okolní teplotě nebo při jedné vyšší teplotě. Inženýři se musí ujistit, že koncentrace, teplota a doba expozice jsou pro rostlinu správné. Slova „odolný“ a „kompatibilní“ nelze použít k tomu, aby znamenala totéž. Po sedmidenním testování může být materiál klasifikován jako odolný, ale po dosažení teplotních omezení se může časem rozpadnout. U hraničních aplikací,-které fungují v rozmezí 20 stupňů od specifikovaného maxima nebo využívají silné oxidační prostředky,-zůstává jediným spolehlivým ověřením ponorné testování za podmínek simulovaného procesu.

V praxi je nejběžnějším způsobem, jak se PTFE v průmyslových topných tělesech skutečně poškodí chemikáliemi, když je používán při teplotách vyšších než je přijatelná mez a jsou přítomna oxidační činidla. Méně běžný, ale hlášený scénář selhání zahrnuje napadení roztavenou sírou nebo některými halogenidy kovů při teplotách nad 300 stupňů. V obou případech byla obálka procesu příliš velká pro okno kinetické stability polymeru.

Neexistuje jediný materiál, který by fungoval na všechno. PTFE je chemicky nejodolnější dostupný materiál, i když má limity, které lze měřit. Znalost těchto limitů-jako jsou roztavené alkalické kovy, silné fluorující chemikálie a intenzivní oxidační činidla blízko horního teplotního limitu-zabraňuje lidem v jejich nesprávném používání a chrání drahé vybavení. U každé instalace, kde se provozní podmínky blíží publikovaným limitům, kontrola kompatibility pečlivým přezkoumáním dat a prováděním cílených ponorných testů zajistí, že úžasné vlastnosti PTFE vedou k dlouhé a spolehlivé životnosti, kterou procesní inženýři a specifikátoři materiálů očekávají.