השוואת פולימר האחים
PTFE ו-FEP שניהם פולימרים מופלרים לחלוטין. הם חולקים את אותה כימיה של קשרי פחמן-פלואור המספקת עמידות כימית כמעט-אוניברסלית. FEP-אתילן פרופילן פלואור-הוא בעצם קופולימר של טטראפלואורואתילן והקספלואורופרופילן, כאשר הקומונומר HFP מציג ענפי צד קצרים של פרפלואורו-מתיל המפחיתים את הגבישיות ומאפשרים עיבוד- של התכה.
מכיוון ששניהם פרפלואורינים, העמידות הכימית שלהם לחומצות ולאלקליות בודדות דומה. שניהם מדורגים לשירות בכל טווח ה-pH המלא. ההבדל ביניהם מופיע בשירות מחזורי-שבו מחליף החום מחליף בין חשיפה לחומצה ואלקלית-באמצעות התגובות השונות שלהם לחדירה, מחזוריות תרמית ומתח מכני בסביבה הכימית המתחלפת.
ההבדל בחדירה ובמחזוריות כימית
ל-FEP יש גבישיות נמוכה יותר מ-PTFE-בדרך כלל 40-50% לעומת 50-70%. האזורים האמורפיים בפולימר חצי גבישי הם בעלי נפח חופשי גבוה יותר מאשר האזורים הגבישיים. חלחול של מולקולות קטנות מתרחשת בעיקר דרך השלב האמורפי.
כאשר FEP נחשף לתמיסת חומצה, מולקולות חומצה חודרות לאזורים האמורפיים. כאשר אותו רכיב FEP נחשף לתמיסה בסיסית, החומצה המחלחלת מגיבה עם האלקלי הנכנס בתוך מטריצת הפולימר. התגובה מייצרת מים ומלח. מולקולת המים, שנוצרת בחלל המצומצם של הנפח החופשי של הפולימר, מתרחבת כשהיא מתאדה בטמפרטורת הפעולה. ההתרחבות יוצרת פעימות לחץ מיקרוסקופיות בתוך הפולימר.
במהלך{0}}מחזורי חומצה בסיסיים רבים, אירועי המיקרו-החוזרים הללו גורמים לסוג של עייפות ייחודית למחזוריות של חדירה. מיקרו-חללים גדלים ומתלכדים באזורים האמורפיים. התכונות המכניות של הפולימר-במיוחד התארכות בשבירה-יורדות מהר יותר ממה שניתן היה לצפות מהזדקנות תרמית בלבד.
ל-PTFE, עם הגבישיות הגבוהה שלו, יש פחות נפח חופשי אמורפי לחדירה. מולקולות החומצה והאלקלי חודרות פחות עמוק. השפעת עייפות החדירה המחזורית מופחתת בהתאם. תכונות מכניות נשארות יציבות לתקופה ארוכה יותר בחשיפה מחזורית.
טבלה 1: חומצה מחזורית-השוואת ביצועים אלקליין (10% HCl / 10% NaOH לסירוגין, 80 מעלות, מחזורים של שעה)
| פרמטר ביצועים | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| גבישיות (%) | 40-50 | 50-70 |
| חלק אמורפי (%) | 50-60 | 30-50 |
| קצב חדירת חומצה (יחסי) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| אפקט עייפות של חלחול מחזורי | מָדִיד | מִינִימָלִי |
| שימור חוזק מתיחה לאחר 5,000 מחזורים (%) | 70-85 | 90-95 |
| שימור התארכות לאחר 5,000 מחזורים (%) | 55-75 | 85-95 |
| היווצרות מיקרו-ריקות | זוהה באזורים אמורפיים | מִינִימָלִי |
| טמפרטורת שירות רציפה (מעלה) | 204 | 260 |
| יכולת עיבוד-להמיס | כן (ניתן לריתוך) | לֹא |
| עלות חומר יחסית | 1.2-1.5× | 1.0× |
יתרון הריתוך של FEP
היתרון הבולט של FEP על פני PTFE הוא יכולת העיבוד של-המסה. FEP ניתן לשחול, להזרקה-ולריתוך-באופן קריטי לייצור מחליף חום-בקת-. ניתן ליצור חיבורי FEP מרותכים-ל-ראשים ללא אביזרים מכניים, ללא אטמי דחיסה וללא חריצים. זהו יתרון משמעותי ביישומי טוהר- במיוחד שבהם אביזרים מכניים מהווים סיכוני זיהום.
לא ניתן להמיס PTFE-בשיטות קונבנציונליות. חיבורי צינור מסתמכים על אביזרי דחיסה, חיבורים מתרחבים או חיבורי אוגן. המפרקים המכניים הללו אמינים אך מציגים חריצים ודורשים מומנט מחדש- תקופתי.
עבור יישומים שבהם מספר מחזורי החומצה-אלקליים מתון וביטולם של אביזרים מכניים בעדיפות גבוהה יותר מאשר עמידות בפני עייפות חדירה מחזורית, FEP עשוי להיות מועדף למרות הגבישיות הנמוכה שלו.
הפרש תקרת הטמפרטורה
טמפרטורת השירות הרציפה של FEP של 204 מעלות מתאימה לרוב העיבודים הכימיים, אך נופלת מהדירוג של PTFE של 260 מעלות. בשירות-חומצה מחזורית-בטמפרטורה גבוהה-כגון בחימום כור כימי שבו הטמפרטורות עשויות להגיע ל-200-220 מעלות -PTFE מספק מרווח בטיחות רחב יותר.
בטמפרטורות מעל 180 מעלות, הגבישיות הנמוכה יותר של FEP ושבר אמורפי גבוה יותר מאיצים הן את החדירה והן את ההשפעות המכניות של חשיפה מחזורית. פער הביצועים בין FEP ל-PTFE מתרחב ככל שהטמפרטורה עולה.
תַקצִיר
PTFE מתעלה על FEP בשירות חומצה מחזורית-בסיסית בשל הגבישיות הגבוהה שלו, אשר מפחיתה את החדירה לשלב האמורפי וממזערת את עייפות החדירה המחזורית שפוגעת בהדרגה בתכונות המכניות של FEP. PTFE שומר על 90-95% מחוזק המתיחה שלו לאחר אלפי מחזורים כימיים, לעומת 70-85% עבור FEP.
יכולת הריתוך של FEP מספקת יתרון ביישומי טוהר-גבוה- במיוחד שבהם אביזרים מכניים אינם רצויים. עבור שירות כימי מחזורי תעשייתי בתוך גבולות הטמפרטורה של FEP, הבחירה מאזנת את העמידות המחזורית המעולה של PTFE מול גמישות הייצור של FEP.
ניתוח הנדסי לבחירת פלואורפולימר שירות כימי מחזורי זמין עם הגשת ריכוזי חומצה ואלקליין, תדירות ומשך המחזור, טמפרטורת ההפעלה, דרישות הטוהר ונתוני חיי השירות הנוכחיים של הציוד.
