Właściwości PTFE (politetrafluoroetylenu).

(patrz także specyfikacje polimeru® PTFE i polimeru® FEP i PFA ) Właściwości mechaniczne PTFE są niskie w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi, ale jego właściwości pozostają na użytecznym poziomie w szerokim zakresie temperatur od -100°F do +400°F (- 73°C do 204°C).

Typowe właściwości żywic polimerowych PTFE i fluoropolimerów

Odporność na temperaturę

Temperatury powyżej 77°C nie są korzystne dla elementów większości elastomerów i tworzyw sztucznych, natomiast PTFE wytrzymuje temperatury sięgające 260°C.Nawet poniżej 77°C, jeśli połączy się kwasy powodujące korozję metali i rozpuszczalniki organiczne, często preferowane są wykładziny i komponenty z PTFE, ponieważ elastomery i inne tworzywa sztuczne często nie są odporne na pęcznienie i mięknięcie rozpuszczalnika.

Obojętność chemiczna

Przez obojętność chemiczną rozumiemy, że żywice fluorowęglowe PTFE mogą znajdować się w ciągłym kontakcie z inną substancją, bez zachodzącej wykrywalnej reakcji chemicznej.Ogólnie rzecz biorąc, żywice fluorowęglowe PTFE są chemicznie obojętne.Niemniej jednak stwierdzenie to, jak wszystkie uogólnienia, wymaga zastrzeżenia, jeśli ma być całkowicie trafne.Kwalifikacja nie wprowadzi jednak zamieszania, jeśli weźmie się pod uwagę podstawowe fakty dotyczące zachowania żywic PTFE.

Zwykłe podsumowanie opisu różnych danych testowych może wprowadzać w błąd, ponieważ może łączyć zasadniczo różne typy zachowań „chemicznych”.Jeśli opis ma być jasny, musi rozróżniać reakcje ściśle chemiczne od działań fizycznych, takich jak absorpcja.Opis musi umożliwiać użytkownikowi uwzględnienie wzajemnych powiązań właściwości fizycznych i chemicznych, które mogą mieć wpływ na konkretne zastosowanie.

Na przykład żywice PTFE nie będą miały wpływu na zanurzenie w wodzie królewskiej.Jeśli jednak temperatura i wynikające z tego ciśnienie tego odczynnika staną się wysokie, wzrośnie również absorpcja składników odczynnika przez żywicę.Późniejsze wahania, takie jak nagła utrata ciśnienia, mogą wówczas powodować szkody fizyczne w wyniku rozszerzania się oparów zaabsorbowanych w żywicy.Oczywiście, gdy mówimy o właściwościach chemicznych PTFE, musimy rozróżnić reakcje ściśle chemiczne, wyrażone w kategoriach „kompatybilności chemicznej” i działania fizyczne, takie jak „absorpcja” w połączeniu z naprężeniami mechanicznymi i termicznymi.

W normalnych temperaturach użytkowania żywice PTFE są atakowane przez niewielką liczbę substancji chemicznych, zamiast wykazywać chemikalia, z którymi są kompatybilne.Reagenty te należą do najbardziej gwałtownych znanych utleniaczy i środków redukujących.Pierwiastkowy sód w bliskim kontakcie z fluorowęglowodorami usuwa fluor z cząsteczki polimeru.Reakcja ta jest szeroko stosowana w roztworach bezwodnych do wytrawiania powierzchni PTFE, aby żywice mogły być sklejone.Inne metale alkaliczne (potas, lit itp.) reagują podobnie.

W niektórych przypadkach w lub w pobliżu sugerowanej granicznej temperatury użytkowania wynoszącej 260°C dla TFE i PFA oraz 204°C dla FEP, zgłoszono, że kilka substancji chemicznych w wysokich stężeniach reaguje z PTFE.Atak podobny do trawienia sodowego został wytworzony w tak wysokich temperaturach przez 80% NaOH lub KOH, wodorki metali, takie jak borany (np. B2H6), chlorek glinu, amoniak (NH3) oraz niektóre aminy (R-NH2) i iminy ( R = NH).Zaobserwowano także powolny atak oksydacyjny 70% kwasu azotowego pod ciśnieniem w temperaturze 250°C.W przypadku wystąpienia takich ekstremalnych warunków redukujących lub utleniających wymagane są specjalne badania.

Wchłanianie

W przeciwieństwie do metali, tworzywa sztuczne i elastomery pochłaniają różne ilości materiałów, z którymi się stykają, zwłaszcza cieczy organicznych.Absorpcyjność PTFE jest niezwykle niska, a reakcja chemiczna pomiędzy tworzywem sztucznym a innymi substancjami jest rzadkością (z nielicznymi wyjątkami wymienionymi wcześniej).Jednakże, gdy absorpcję łączy się z innymi efektami, właściwość ta może wpływać na przydatność tych żywic w określonym środowisku chemicznym.Na przykład, jeśli wystąpią gwałtowne wahania temperatury lub ciśnienia, mogą powstać okoliczności powodujące fizyczne uszkodzenia.Szerszy zakres temperatur pracy żywic PTFE naraża je na tego typu uszkodzenia fizyczne częściej niż inne tworzywa sztuczne.

Dla wyjaśnienia rozważmy test „cyklu parowego” opisany w normach ATSM* dla rur wyłożonych.Próbki wyłożonych rur poddaje się działaniu pary pod ciśnieniem 0,8 MPa (125 psi) na zmianę z zimną wodą pod niskim ciśnieniem, co powoduje w rzeczywistości bardzo poważne wahania temperatury i ciśnienia.Powtarza się to przez 100 cykli.Para wytworzyła gradient ciśnienia i temperatury w wykładzinie, powodując absorpcję niewielkiej ilości pary, która skrapla się do postaci wody wewnątrz wykładziny.Po uwolnieniu ciśnienia lub ponownym wprowadzeniu pary uwięziona woda może rozszerzyć się do postaci pary, powodując powstanie pierwotnych mikroporów.Powtarzające się cykle ciśnienia i temperatury powodują powiększenie mikroporów, ostatecznie powodując widoczne pęcherze wypełnione wodą w wyściółce.Normy ASTM stwierdzają, że pęcherze nie wpływają negatywnie na działanie wykładziny rurowej – grubość bariery chemicznej pozostaje nienaruszona.

Istnieją środki żrące, które zmniejszają nasilenie pęcherzy.Izolacja termiczna wyłożonej rury lub zbiornika zmniejsza gradient temperatury we wnętrzu wykładziny, często zapobiegając w ten sposób kondensacji i późniejszemu rozszerzaniu się wchłoniętych płynów.Zmniejszyło także prędkość i wielkość zmian temperatury, minimalizując w ten sposób powstawanie pęcherzy.Zatem poprzez redukcję żywicy izolacja może w wielu przypadkach stanowić środek ochronny.Dodatkową ochronę można zapewnić stosując procedury operacyjne lub urządzenia ograniczające szybkość spadków ciśnienia procesowego lub wzrostu temperatury.

Przenikanie

Przenikanie jest czynnikiem ściśle powiązanym z absorpcją, ale jest także funkcją innych efektów fizycznych, takich jak dyfuzja i temperatura.Na podstawie ponad 20-letniego doświadczenia z rurami wyłożonymi PTFE, liczba awarii przypisanych przenikaniu żrących oparów, a następnie korozji elementu nośnego, była wyjątkowo niewielka.Grubość wykładziny od 1,27 do 6,35 mm, niezbędna do zapewnienia wytrzymałości fizycznej w wysokich temperaturach, zmniejsza przenikanie do tego stopnia, że ​​zwykle nie jest to uwzględniane.Ponieważ na przenikanie wpływa tak wiele zmiennych, mylące jest wykorzystywanie laboratoryjnych danych dotyczących przepuszczalności uzyskanych dla cienkich folii polimerowych jako podstawy doboru określonych wykładzin z polimeru fluoroplastycznego.Z nielicznymi wyjątkami różnice w przepuszczalności fluoroplastów mają niewielki wpływ na wydajność produkowanych rurociągów i sprzętu.Wydajność jest kontrolowana przede wszystkim przez projekt, produkcję i kontrolę jakości.Dlatego też głównym problemem jest zwykle absorpcja, ponieważ jest to właściwość najbardziej wskazująca przydatność żywic fluorowęglowych w danym środowisku chemicznym.

W wykładzinach nieograniczonych ważne jest, aby przestrzeń pomiędzy wykładziną a elementem nośnym była wentylowana do atmosfery, nie tylko w celu umożliwienia ucieczki niewielkiej ilości par przenikających, ale także w celu zapobieżenia rozszerzaniu się uwięzionego powietrza powodującemu zapadnięcie się wykładziny.Odpowietrzniki te służą również do kontroli jakości rur wyłożonych wykładziną oraz jako urządzenie zabezpieczające do wskazywania wycieków w przypadku uszkodzenia wykładziny.Zapadanie się wykładziny często przypisuje się przenikaniu, podczas gdy w rzeczywistości główną przyczyną jest występowanie podciśnienia w strumieniu procesowym.Producenci rur wyłożonych publikują odporność na próżnię w temperaturze znamionowej dla różnych rozmiarów i grubości wykładziny, ale czasami konieczne jest zapobieganie nadmiernemu podciśnieniu poprzez cechy konstrukcyjne i procedury operacyjne.