Výzva pro-vysokoteplotní rozpouštědla
Farmaceutická syntéza, speciální chemická výroba a operace obnovy rozpouštědel zahřívají organická rozpouštědla na 150-200 stupňů. Při těchto teplotách se rozpouštědla stávají agresivními vůči polymerním materiálům bobtnáním, permeací a plastifikací. Polymer, který je chemicky odolný při okolní teplotě, může měknout, bobtnat nebo se rozpouštět při 180 stupních.
PEEK-polyetheretherketon-je vysoce-výkonný termoplast s trvalou provozní teplotou 250 stupňů a vynikající chemickou odolností. Používá se v náročných aplikacích v letectví, ropě a plynu a při chemickém zpracování, kde jiné polymery selhávají. PTFE je také hodnocen pro nepřetržitý provoz 260 stupňů s téměř-univerzální chemickou odolností.
Výběr mezi těmito dvěma prémiovými polymery pro tepelnou výměnu horkého rozpouštědla závisí na jejich zásadně odlišných reakcích na vystavení organickému rozpouštědlu při zvýšené teplotě.
Rozdíl mezi bobtnáním a pronikáním
Organická rozpouštědla pronikají do polymerů difúzí do volného objemu mezi polymerními řetězci. Rozsah absorpce závisí na shodě parametru rozpustnosti mezi rozpouštědlem a polymerem a na množství volného objemu ve struktuře polymeru.
PEEK je semi{0}}krystalický polymer s pevnou aromatickou páteří. Tuhost omezuje volný objem a snižuje absorpci rozpouštědla ve srovnání s pružnějšími polymery. Ve většině organických rozpouštědel při teplotách pod 150 stupňů absorbuje PEEK méně než 2 % hmotnosti rozpouštědla a dobře si zachovává své mechanické vlastnosti.
Nad 150 stupňů se situace mění. Zvýšená tepelná energie rozšiřuje volný objem. Molekuly rozpouštědla pronikají hlouběji. Absorpce se zvyšuje. Absorbované rozpouštědlo změkčuje polymer-molekuly rozpouštědla působí jako vnitřní maziva mezi polymerními řetězci a snižují pevnost a tuhost. Složka PEEK, která je rozměrově stálá a mechanicky zdravá při 120 stupních, může bobtnat a měknout při 180 stupních ve stejném rozpouštědle.
PTFE reaguje jinak. Vazby uhlíku-fluoru vytvářejí polymer s velmi nízkou hustotou kohezní energie-mezimolekulární síly mezi řetězci jsou slabé. Rozpouštědla, která jsou absorbována většinou polymerů, mají pro PTFE malou termodynamickou přitažlivost. Parametr rozpustnosti PTFE je přibližně 6,2 (cal/cm³)^(1/2), daleko od většiny organických rozpouštědel. Absorpce je minimální i při zvýšených teplotách.
Tabulka 1: PTFE vs. PEEK při expozici organickému rozpouštědlu při 180 stupních
| Výkonový parametr | PROHLÉDNĚTE | PTFE |
|---|---|---|
| Teplota skelného přechodu ( stupně ) | 143 | 115 (ale výrazně nezměkne kvůli vysoké krystalinitě) |
| Teplota při nepřetržitém používání (stupně) | 250 | 260 |
| Absorpce rozpouštědla v toluenu při 180 stupních (%) | 3-8 | < 0.5 |
| Absorpce rozpouštědla v DMF při 180 stupních (%) | 5-12 | < 0.5 |
| Zachování pevnosti v tahu po 1 000 hodinách v rozpouštědle při 180 stupních (%) | 60-80 (závisí na rozpouštědle) | > 90 |
| Změna rozměrů v rozpouštědle při 180 stupních (%) | 1-5 (otok) | < 0.5 |
| Rychlost pronikání (relativní) | Mírný | Velmi nízké |
| Náchylnost k praskání napětím | Střední (v agresivních rozpouštědlech) | Žádný |
| Odolnost proti tečení při 180 stupních při zatížení | Dobrý | Střední (použijte upravený PTFE) |
Rozdíl proti stresu
PEEK je v určitých organických rozpouštědlech při zvýšené teplotě náchylný k praskání v důsledku namáhání. Když je namáhaná součást PEEK vystavena rozpouštědlu, které má určitou afinitu k polymeru, molekuly rozpouštědla se koncentrují při koncentracích napětí-povrchových defektů, stop po obrábění nebo upínacích bodů. Lokalizovaná plastifikace iniciuje mikro-trhliny, které se pomalu šíří materiálem.
Citlivost závisí na konkrétním rozpouštědle, úrovni napětí a teplotě. Pro nové nebo smíšené formulace rozpouštědel je obtížné předpovědět. Tepelný výměník, který funguje bezchybně ve zkušebním prostředí, může ve výrobě předčasně selhat kvůli malému znečištění rozpouštědlem nebo mírně odlišné provozní teplotě.
PTFE nemá v organických rozpouštědlech žádnou známou náchylnost k praskání vlivem namáhání. Vazba uhlík-fluor je příliš silná na to, aby ji molekuly rozpouštědla narušily. Nízká hustota kohezní energie materiálu znamená, že i rozpouštědla, která mírně absorbují, se nemohou dostatečně koncentrovat v napěťových bodech, aby vyvolala praskání.
The Creep and Pressure Boundary Trade-off
Kde má PEEK výhodu, je odolnost proti tečení. Pevná aromatická páteř PEEK poskytuje lepší odolnost proti tečení při zatížení než PTFE při stejné teplotě. Trubka PEEK pod vnitřním tlakem páry při 180 stupních se za stejných podmínek dotvaruje pomaleji než trubice z PTFE.
Modifikovaný PTFE se svými komonomery postranní{0}}větve uzavírá velkou část této mezery. Při 180 stupních a mírných tlacích páry (2-4 barg) poskytuje modifikovaný PTFE přiměřenou životnost při tečení po dobu 5-10 let. Pro aplikace vyžadující vyšší tlak páry při 180 stupních může vynikající odolnost proti tečení PEEK ospravedlnit vyšší cenu materiálu a omezenější kompatibilitu s rozpouštědly.
Shrnutí
PTFE překonává PEEK v provozu s horkými organickými rozpouštědly nad 150 stupňů, kde jsou dominantními zájmy bobtnání rozpouštědla, pronikání a praskání pod napětím. Nízký parametr rozpustnosti PTFE a silné vazby C-F poskytují téměř-nulovou absorpci rozpouštědla a odolnost vůči praskání napětím. PEEK je v určitých rozpouštědlech při zvýšených teplotách náchylný k bobtnání a praskání vlivem okolního napětí.
Výhodou PEEK je vynikající odolnost proti tečení, která může být rozhodující v aplikacích s vysokotlakou párou-. Pro většinu ohřevů organických rozpouštědel v rámci tlakových limitů PTFE poskytuje PTFE širší chemickou kompatibilitu a bez rizika praskání napětím.
Technická analýza pro výběr polymeru tepelného výměníku s horkým rozpouštědlem je k dispozici po předložení identity a koncentrace rozpouštědla, provozní teploty a tlaku, tepelné zátěže a jakýchkoli předchozích výsledků testování kompatibility polymerů.
