Korkean{0}}lämpötilan liuottimen haaste
Farmaseuttinen synteesi, erikoiskemikaalien tuotanto ja liuottimien talteenotto lämmittävät orgaaniset liuottimet 150-200 asteeseen. Näissä lämpötiloissa liuottimet tulevat aggressiivisiksi polymeerimateriaaleja kohtaan turpoamisen, läpäisyn ja pehmityksen kautta. Polymeeri, joka on kemiallisesti kestävä ympäristön lämpötilassa, voi pehmentyä, turvota tai liueta 180 asteessa.
PEEK-polyeetteriketoni-on korkean suorituskyvyn-kestomuovi, jonka jatkuva käyttölämpötila on 250 astetta ja erinomainen kemikaalien kesto. Sitä käytetään vaativissa ilmailu-, öljy- ja kaasu- ja kemiankäsittelysovelluksissa, joissa muut polymeerit epäonnistuvat. PTFE on myös mitoitettu 260 asteen jatkuvaan käyttöön ja lähes -universaali kemikaalien kestävyys.
Valinta näiden kahden korkealuokkaisen polymeerin välillä kuuman liuottimen lämmönvaihtoon riippuu niiden olennaisesti erilaisista reaktioista orgaaniselle liuottimelle altistumiseen korotetussa lämpötilassa.
Turvotuksen ja läpäisyn ero
Orgaaniset liuottimet tunkeutuvat polymeereihin diffundoitumalla polymeeriketjujen väliseen vapaaseen tilavuuteen. Absorption laajuus riippuu liukoisuusparametrien yhteensopivuudesta liuottimen ja polymeerin välillä ja vapaan tilavuuden määrästä polymeerirakenteessa.
PEEK on puolikiteinen polymeeri, jolla on jäykkä aromaattinen runko. Jäykkyys rajoittaa vapaata tilavuutta ja vähentää liuottimen imeytymistä joustavampiin polymeereihin verrattuna. Useimmissa orgaanisissa liuottimissa alle 150 asteen lämpötiloissa PEEK imee alle 2 painoprosenttia liuotinta ja säilyttää mekaaniset ominaisuutensa hyvin.
150 asteen yläpuolella tilanne muuttuu. Lisääntynyt lämpöenergia laajentaa vapaata tilavuutta. Liuotinmolekyylit tunkeutuvat syvemmälle. Imeytyminen lisääntyy. Imeytynyt liuotin pehmentää polymeeriä{5}}liuotinmolekyylit toimivat sisäisinä voiteluaineina polymeeriketjujen välillä vähentäen lujuutta ja jäykkyyttä. PEEK-komponentti, joka on mitoiltaan stabiili ja mekaanisesti ehjä 120 asteessa, voi turvota ja pehmentyä 180 asteessa samassa liuottimessa.
PTFE reagoi eri tavalla. Hiili-fluorisidokset muodostavat polymeerin, jolla on erittäin pieni koheesioenergiatiheys-ketjujen väliset molekyylien väliset voimat ovat heikkoja. Useimmat polymeerit absorboivat liuottimia, joiden termodynaaminen vetovoima PTFE:lle on vähäistä. PTFE:n liukoisuusparametri on noin 6,2 (cal/cm³)^(1/2), kaukana useimmista orgaanisista liuottimista. Imeytyminen on vähäistä jopa korkeissa lämpötiloissa.
Taulukko 1: PTFE vs. PEEK orgaanisen liuottimen altistumisessa 180 asteessa
| Suorituskykyparametri | KURKISTAA | PTFE |
|---|---|---|
| Lasittumislämpötila ( astetta ) | 143 | 115 (mutta ei pehmene merkittävästi korkean kiteisyyden vuoksi) |
| Jatkuva käyttölämpötila ( astetta ) | 250 | 260 |
| Liuottimen imeytyminen tolueeniin 180 asteessa (%) | 3-8 | < 0.5 |
| Liuottimen absorptio DMF:ssä 180 asteessa (%) | 5-12 | < 0.5 |
| Vetolujuuden säilyminen 1000 tunnin jälkeen liuottimessa 180 asteessa (%) | 60-80 (liuottimesta riippuvainen) | > 90 |
| Liuottimen mittamuutos 180 asteessa (%) | 1-5 (turvotus) | < 0.5 |
| Läpäisynopeus (suhteellinen) | Kohtalainen | Erittäin matala |
| Stressihalkeilualttius | Kohtalainen (aggressiivisissa liuottimissa) | Ei mitään |
| Virumisvastus 180 astetta kuormitettuna | Hyvä | Keskitaso (käytä muokattua PTFE:tä) |
Stress Cracking Distinction
PEEK on herkkä ympäristöjännityshalkeilulle tietyissä orgaanisissa liuottimissa korotetussa lämpötilassa. Kun rasitettu PEEK-komponentti altistetaan liuottimelle, jolla on jonkin verran affiniteettia polymeeriin, liuotinmolekyylit keskittyvät jännityspitoisuuksiin-pintavirheisiin, koneistusjälkiin tai puristuskohtiin. Paikallinen plastisointi aiheuttaa mikro-halkeamia, jotka etenevät hitaasti materiaalin läpi.
Herkkyys riippuu tietystä liuottimesta, stressitasosta ja lämpötilasta. Uusien tai sekoitettujen liuotinformulaatioiden osalta on vaikea ennustaa. Testiympäristössä moitteettomasti toimiva lämmönvaihdin saattaa epäonnistua tuotannossa ennenaikaisesti vähäisen liuotinepäpuhtauden tai hieman erilaisen käyttölämpötilan vuoksi.
PTFE:llä ei ole tunnettua ympäristöjännityshalkeiluherkkyyttä orgaanisissa liuottimissa. Hiili-fluorisidos on liian vahva liuotinmolekyylien hajottamiseksi. Materiaalin matala koheesioenergiatiheys tarkoittaa, että edes hieman imevät liuottimet eivät voi keskittyä tarpeeksi jännityspisteisiin aiheuttamaan halkeilua.
Creep and Pressure Boundary Trade{0}}pois
PEEK:n etu on virumisenkestävyys. PEEKin jäykkä aromaattinen runko kestää paremmin virumisvastusta kuormituksen alaisena kuin PTFE samassa lämpötilassa. PEEK-putki sisäisessä höyrypaineessa 180 asteessa hiipii samoissa olosuhteissa hitaammin kuin PTFE-putki.
Modifioitu PTFE sivu{0}}haarakomonomeerineen sulkee suuren osan tästä aukosta. 180 asteen ja kohtalaisen höyryn paineissa (2-4 barg) modifioitu PTFE tarjoaa riittävän virumisiän 5-10 vuoden käyttöön. Sovelluksissa, jotka vaativat korkeampaa höyrynpainetta 180 asteessa, PEEK:n ylivoimainen virumisvastus voi oikeuttaa sen korkeammat materiaalikustannukset ja rajoitetumman liuottimien yhteensopivuuden.
Yhteenveto
PTFE ylittää PEEK:n kuumissa orgaanisissa liuottimissa yli 150 asteessa, missä liuottimen turpoaminen, läpäisy ja jännityshalkeilu ovat hallitsevia huolenaiheita. PTFE:n alhainen liukoisuusparametri ja vahvat C-F-sidokset takaavat lähes-nollan liuottimen absorption ja kestävyyden jännityshalkeilua vastaan. PEEK on herkkä turpoamiselle ja ympäristöjännityshalkeilulle tietyissä liuottimissa korkeissa lämpötiloissa.
PEEKin etuna on ylivoimainen virumisenkestävyys, mikä voi olla ratkaisevaa korkeapaineisissa{0}}höyrysovelluksissa. Useimmissa orgaanisen liuottimen kuumennustehtävissä PTFE:n painerajojen sisällä PTFE tarjoaa laajemman kemiallisen yhteensopivuuden ja vapauden jännityshalkeiluriskistä.
Tekninen analyysi kuumaliuotinlämmönvaihtimen polymeerien valinnasta on saatavilla, kun on toimitettu liuottimen tunnistetiedot ja pitoisuus, käyttölämpötila ja -paine, lämpöteho ja kaikki aikaisemmat polymeerien yhteensopivuustestien tulokset.
