נתיב החלחול
ממיסים אורגניים חודרים דרך PTFE על ידי פיזור דרך האזורים האמורפיים של הפולימר. האזורים הגבישיים אטומים-שרשראות הפולימר ארוזות בחוזקה מכדי שמולקולות ממס יעברו ביניהן. קצב החדירה הכולל הוא פרופורציונלי לשבריר החומר האמורפי.
גבישיות PTFE יכולה לנוע בין 40% למעל 70%, תלוי בדרגת השרף ובתנאי העיבוד. גבישיות גבוהה יותר פירושה פחות שלב אמורפי, כלומר חלחול נמוך יותר. עבור מחליפי חום בשירות ממסים אורגניים, שבהם חלחול יכול להוביל לזיהום-צולב בין נוזל התהליך למערכת הקונדנסט-בקיטור, PTFE עם -גבישיות גבוהה.
עם זאת, גבישיות גבוהה יותר משפיעה גם על תכונות מכניות. PTFE בעל גבישיות גבוהה מאוד יכול להיות שביר יותר ובעל התנגדות עייפות גמישה נמוכה יותר. הבחירה ברמת הגבישיות מאזנת את עמידות החדירה כנגד עמידות מכנית.
יחסי ההתגבשות-החלחול
קצב החדירה של ממס דרך PTFE מתואר על ידי: P=D × S, כאשר D הוא מקדם הדיפוזיה ו-S הוא מקדם המסיסות. גם D וגם S הם פונקציות של השבר האמורפי. מקדם הדיפוזיה יורד ככל שהגבישיות עולה מכיוון שהאזורים הגבישיים פועלים כמחסומים המגבירים את הפיתול של נתיב הדיפוזיה. מקדם המסיסות יורד מכיוון שמולקות הממס אינן נכללות מהשלב הגבישי.
קצב החדירה הכולל דרך דופן צינור במצב יציב הוא: Q=P × A × Δp / t, כאשר Q הוא קצב החדירה, A הוא שטח הפנים, Δp הוא הפרש הלחץ החלקי על פני הקיר, ו-t הוא עובי הדופן.
עבור טמפרטורת ממס והפעלה נתונה, הכפלת הגבישיות מ-40% ל-60% מפחיתה את קצב החדירה בכ-60-70%. עלייה מ-50% ל-65% מפחיתה אותו ב-40-50%.
| גבישיות (%) | שבר אמורפי יחסית | קצב חלחול יחסי | דרגת PTFE טיפוסית |
|---|---|---|---|
| 40-45 | 1.0 (קו בסיס) | 1.0 | גבישיות- נמוכה; טוב לחיי גמישות מכניים |
| 50-55 | 0.8 | 0.5-0.6 | PTFE בתולי סטנדרטי |
| 60-65 | 0.6 | 0.2-0.4 | PTFE בתולה-גבישית גבוהה |
| 68-72 | 0.5 | 0.1-0.2 | גבישיות מרבית; עשוי להפחית את חיי הגמישות |
מדידת הגבישיות
הקריסטליות נקבעת על ידי מדידת המשקל הסגולי של דגימת ה-PTFE והשוואתה לצפיפות התיאורטית של PTFE אמורפי (2.00 גרם/ס"מ³) ו-PTFE גבישי (2.30 גרם\\ס"מ³). הגבישיות היא: X=(ρ_sample - ρ_amorphous) / (ρ_crystalline - ρ_amorphous) × 100%.
משקל סגולי סטנדרטי של 2.17 מתאים לכ-55% גבישיות. משקל סגולי של 2.20 מתאים לכ-65% גבישיות. המדידה מתבצעת על דגימה של הצינור המוגמר, שכן תנאי העיבוד משפיעים על הגבישיות הסופית.
עבור יישומי ממס אורגניים קריטיים, מפרט רכש הצינור צריך לכלול דרישת גבישיות: "צינור PTFE, גבישיות גדולה או שווה ל-62% (משקל סגולי גדול מ-2.19 או שווה ל-2.19)." הדרישה מאומתת על ידי בדיקת דגימה מכל אצוות ייצור.
הסחר המכני-
ל-PTFE בעל -גבישיות גבוהה יש התארכות נמוכה יותר בעת שבירה והתנגדות עייפות גמישה נמוכה יותר מאשר חומר גבישי- בינוני. עבור מחליפי חום אשר יחוו מחזוריות תרמית, רטט או טיפול מכני במהלך תחזוקה, גבישיות של 55-60% מספקת איזון טוב יותר בין עמידות לחדירה ועמידות מכנית.
עבור מחליפים הפועלים בטמפרטורה קבועה ללא הפרעה מכנית, ניתן לציין גבישיות גבוהה יותר (62-68%) עבור עמידות מרבית בחדירה. הצינורות שבירים יותר ויש לטפל בהם בזהירות במהלך ההתקנה, אך החדירה בשימוש ממוזערת.
תַקצִיר
גבישיות PTFE משפיעה ישירות על עמידות החדירה בשירות ממסים אורגניים. גבישיות גבוהה יותר מפחיתה את השבר האמורפי שדרכו מתפזרות מולקולות הממס, ומפחיתה את החדירה ב-40-80% בהשוואה לחומר בעל גבישיות נמוכה. גבישיות של 60-65% מספקת איזון טוב בין עמידות לחדירה ועמידות מכנית עבור רוב יישומי מחליפי החום. יש לציין את הגבישיות ברכש הצינור ולאמת על ידי מדידת משקל סגולי.
תמיכה הנדסית עבור מפרט גבישיות PTFE זמינה עם הגשת זהות הממס, טמפרטורת ההפעלה, סובלנות החדירה ותנאי השירות המכאניים.
