תופעת ההתקשות
מחליף חום PTFE במערכת שחזור ממס מטפל בדיכלורומתאן ב-120 מעלות. לאחר 18 חודשי שירות, הצינורות שהיו גמישים וגמישים בהתחלה הפכו נוקשים יותר באופן ניכר. כיפוף ידני מייצר צליל פצפוץ. בדיקת כיפוף על דגימת צינור שהוצאה מראה התארכות מופחתת בהפסקה. החומר התקשה-סימן להתדרדרות מתקדמת שתוביל בסופו של דבר לשבר שביר.
PTFE נחשב אינרטי מבחינה כימית לממיסים עם כלור. טבלאות התאימות הסטנדרטיות לא מציגות תגובה. ובכל זאת ההתקשות היא אמיתית וניתנת למדידה. המנגנון אינו פירוק כימי במובן של שבירת הקשר, אלא הזדקנות פיזית המואצת על ידי סביבת הממס-שילוב של התגבשות-הנגרמת על ידי ממס ואובדן של חלקים-מולקולריים-נמוכים מהפולימר.
מנגנון ההתקשות הכפול
שני מנגנונים תורמים להתקשות PTFE בממיסים חמים עם כלור. שניהם פיזיקליים, לא כימיים-המבנה המולקולרי של הפולימר נשאר שלם, אך מצבו הפיזי משתנה.
התגבשות המושרה על ידי ממס: ממיסים עם כלור נספגים באזורים האמורפיים של ה-PTFE. מולקולות הממס הנספגות מגבירות את הניידות של שרשראות הפולימר בשלב האמורפי. השרשראות המגויסות יכולות להתארגן מחדש לסידורים יותר מסודרים וקריסטליים. הגבישיות של ה-PTFE עולה-מ-50-55% כפי שייצור ל-60-70% לאחר חשיפה ממושכת לממסים בטמפרטורה גבוהה. גבישיות גבוהה יותר פירושה חומר נוקשה יותר, פחות רקיע.
מיצוי של מינים-מולקולריים-נמוכים: PTFE מכיל חלק קטן (1-3%) של שרשרות ואוליגומרים פולימרים בעלי משקל-מולקולרי נמוך. מינים אלה פועלים כפלסטיקאים פנימיים, ותורמים לגמישות החומר. ממיסים עם כלור חמים יכולים לאט לאט לחלץ מינים אלה ממטריצת הפולימר. אובדן חלק הפלסטיק מותיר את הפולימר שנותר בעל משקל מולקולרי גבוה יותר קשיח ושביר יותר.
| תכונה חומרית | כ-PTFE מיוצר | לאחר 18 חודשים ב-CH₂Cl₂ ב-120 מעלות | לאחר 36 חודשים |
|---|---|---|---|
| גבישיות (%) | 52 | 64 | 68 |
| חוזק מתיחה (MPa) | 28 | 32 (עלייה קלה) | 35 (שביר) |
| התארכות בהפסקה (%) | 280 | 120 | 40 |
| מודול כיפוף (MPa) | 500 | 850 | 1,200 |
| מראה ויזואלי | לבן, אטום | לבן, קצת יותר שקוף | סדקים לבנים, מיקרו-על פני השטח נראים לעין |
| בדיקת גמישות ידנית | גָמִישׁ; ללא פיצוח | נוקשה יותר; פצפוץ קל | שָׁבִיר; סדקים בכיפוף |
התלות בטמפרטורה
קצב ההתקשות עולה עם הטמפרטורה. ב-80 מעלות, ההשפעות איטיות-השינויים הניתנים למדידה עשויים להימשך 5-10 שנים. ב-120 מעלות, ההשפעות משמעותיות תוך 18-36 חודשים. ב-150 מעלות, התקשות מהירה יכולה להתרחש בתוך 6-12 חודשים.
הקשר בין טמפרטורה וקצב התקשות עוקב אחר קינטיקה של Arrhenius עם אנרגיית הפעלה של כ-40-60 קילו ג'ל/מול. זה מאפשר חיזוי של חיי שירות בטמפרטורות שונות בהתבסס על בדיקות מואצות בטמפרטורות גבוהות יותר. צינור שמתקשה עד לסף הכשל תוך 1,000 שעות ב-150 מעלות ייקח בערך 8,000 שעות ב-120 מעלות ו-30,000 שעות ב-90 מעלות.
התגובה המבצעית
כאשר מזוהה התקשות, מספר תגובות אפשריות. הפחתת טמפרטורת הפעולה מאטה את קצב ההתקשות הנוספת. אם התהליך אינו יכול לסבול טמפרטורה נמוכה יותר, יש לנטר את הצינורות על ידי בדיקת כיפוף תקופתית או מדידת התארכות על צינורית מדגם שהוצאה במהלך תחזוקה מתוכננת. כאשר ההתארכות יורדת מתחת ל-50%, יש לתזמן את הצינורות להחלפה.
מרווח ההחלפה ניתן לחיזוי על סמך טמפרטורת הפעולה וחשיפת הממס. לוח זמנים יזום להחלפה מונע שבר שביר בלתי צפוי בשירות. הצינורות שהוסרו, למרות שהתקשו, לא נכשלו וניתן להחליף אותם במהלך הפסקות מתוכננות.
תַקצִיר
התקשות מתקדמת של צינורות PTFE בממסים עם כלור חמים נגרמת על ידי התגבשות-הנגרמת על ידי ממסים ושל מיצוי של מינים בעלי משקל-מולקולרי- נמוך. ההתקשות גוברת עם הטמפרטורה וזמן החשיפה. ב-120 מעלות, שבריריות משמעותית יכולה להתרחש תוך 18-36 חודשים. התגובות התפעוליות כוללות הפחתת טמפרטורה, ניטור התארכות תקופתי והחלפת צינור מתוזמנת כאשר ההתארכות יורדת מתחת ל-50%. ההתקשות צפויה, מה שמאפשר תכנון תחזוקה יזום.
תמיכה הנדסית לחיזוי חיי שירות מחליף חום PTFE בשירות ממס זמינה עם הגשת זהות הממס, טמפרטורת הפעולה, משך החשיפה וכל שינוי שנצפה במאפיינים המכניים של הצינור.
