En tillverkare av precisionsdelar installerade en doppvärmare av PTFE i en lösningsmedelsbaserad-rengöringstank. Lösningsmedlet var ett klorerat kolväte som användes för att avlägsna maskinoljor och flussmedelsrester. Värmaren var klassad för temperaturen och wattdensiteten. Det misslyckades efter tre månader-inte på grund av kemiska angrepp på PTFE, utan från lösningsmedelsgenomträngning som försämrade MgO-isoleringen och orsakade ett jordfel. Polymeren var intakt. Värmaren var inte.
Lösningsmedelsbaserade-rengöringsvätskor utgör en annan utmaning än vattenkemi. De flesta lösningsmedel angriper inte PTFE kemiskt, men de tränger igenom polymeren lättare än vatten. Deras låga viskositet och höga diffusivitet gör att de kan penetrera manteln snabbare och nå MgO-isoleringen på månader snarare än år. Resultatet är en snabb nedgång i isolationsmotstånd och eventuellt elektriskt fel.
Varför lösningsmedel tränger igenom PTFE snabbare än vatten
Permeation är en diffusionsprocess. Molekyler rör sig genom polymermatrisen genom att klämma mellan kedjorna. Mindre molekyler diffunderar snabbare. Molekyler som har en affinitet för polymeren-liknande löslighetsparametrar-diffunderar också snabbare.
Vatten är en liten molekyl, men den är polär och har låg affinitet för den opolära PTFE-matrisen. Det genomsyrar sakta. De flesta organiska lösningsmedel är opolära eller milt polära, och de har högre affinitet för PTFE. De löser sig lättare i polymerytan och diffunderar snabbare genom matrisen.
Klorerade lösningsmedel som metylenklorid, trikloretylen och perkloretylen är särskilt aggressiva permeanter. Deras lilla molekylstorlek och måttliga affinitet för PTFE gör att de kan penetrera höljet på veckor eller månader.
| Lösningsmedelstyp | Molekylstorlek | Affinitet för PTFE | Permeationshastighet | Dags för isoleringsfel |
|---|---|---|---|---|
| Vatten | Små | Låg | Mycket låg | 2–5 år |
| Alkoholer | Små | Måttlig | Låg–måttlig | 1–3 år |
| Ketoner | Små | Måttlig | Måttlig | 8–18 månader |
| Klorerade lösningsmedel | Små | Måttlig–hög | Hög | 3–8 månader |
| Aromatiska lösningsmedel | Måttlig | Hög | Hög | 2–6 månader |
| Alifatiska kolväten | Måttlig | Hög | Måttlig–hög | 4–12 månader |
Lösningsmedelsgenomträngningshastigheter genom PTFE och deras effekt på isoleringsmotstånd
Effekten av temperatur på lösningsmedelsgenomträngning
Temperaturen accelererar lösningsmedelsgenomträngningen på samma sätt som den accelererar vattengenomträngningen. Varje 10-gradig ökning fördubblar ungefär diffusionshastigheten. Ett lösningsmedel som tar tolv månader att penetrera ett hölje vid 40 grader kan penetrera det på sex månader vid 50 grader och tre månader vid 60 grader.
Rengöringstankar med lösningsmedel arbetar ofta vid förhöjda temperaturer för att förbättra rengöringseffektiviteten. En tank på 60–70 grader är särskilt krävande för PTFE elpatron eftersom kombinationen av hög diffusivitet och förhöjd temperatur påskyndar permeationen.
| Driftstemperatur | Relativ permeationshastighet | Dags för isoleringsfel | Förväntad livslängd |
|---|---|---|---|
| 30 grader | 1× | 12–18 månader | 2–3 år |
| 40 grader | 2× | 6–12 månader | 1–2 år |
| 50 grader | 4× | 3–6 månader | 6–12 månader |
| 60 grader | 8× | 6–12 veckor | 3–6 månader |
| 70 grader | 16× | 3–6 veckor | 4–8 veckor |
Lösningsmedelsgenomträngning och livslängd som funktion av driftstemperatur
Varför lösningsmedelsgenomträngning är mer skadlig än vattengenomträngning
Vattengenomträngning minskar isoleringsmotståndet men angriper inte MgO kemiskt. Lösningsmedelsgenomträngning är annorlunda. Många organiska lösningsmedel reagerar med eller löser upp MgO-fyllmedlet, vilket skapar ledande vägar och frätande ämnen.
Klorerade lösningsmedel kan sönderdelas vid förhöjda temperaturer i kontakt med MgO, vilket frigör saltsyra. Syran angriper MgO och resistenselementet och orsakar snabb nedbrytning. Värmaren går sönder inifrån och ut trots att PTFE-manteln verkar intakt.
Lösningsmedlet som når MgO skapar också en brandrisk. Organiska lösningsmedel är brandfarliga och en värmare som har absorberat lösningsmedel i sin isolering kan antändas om elementet överhettas. Detta är ett säkerhetsproblem såväl som ett tillförlitlighetsproblem.
Praktiska riktlinjer för lösningsmedelsservice
PTFE doppvärmare är inte lämpliga för alla lösningsmedelsbaserade-rengöringstillämpningar. För lösningsmedel med låga permeationshastigheter-som vatten-blandbara alkoholer och milda ketoner vid måttliga temperaturer-kan PTFE vara acceptabelt med noggrann övervakning. För klorerade lösningsmedel, aromatiska lösningsmedel och hög-temperatur rekommenderas inte PTFE.
I dessa applikationer bör alternativa material övervägas. Kvarts är resistent mot de flesta lösningsmedel och har lägre permeation. Rostfritt stål 316L är resistent mot många lösningsmedel men kan korrodera i klorerade miljöer. Titan är resistent mot de flesta lösningsmedel men är dyrt.
| Lösningsmedelstyp | PTFE Lämplighet | Rekommenderat alternativ | Anteckningar |
|---|---|---|---|
| Vattenhaltiga rengöringsmedel | Excellent | - | PTFE är idealiskt |
| alkoholer,<50°C | Bra | - | Övervaka isolationsmotstånd |
| Ketoner,<50°C | Måttlig | Kvarts | Kortare livslängd |
| Klorerade lösningsmedel | Rekommenderas inte | Kvarts, rostfritt stål | Brandrisk, genomträngning |
| Aromatiska lösningsmedel | Rekommenderas inte | Kvarts, rostfritt stål | Hög genomträngning |
| Alifatiska kolväten | Marginell | Kvarts, rostfritt stål | Måttlig genomträngning |
PTFE-lämplighet och alternativ för lösningsmedelsbaserade-rengöringsvätskor
Övervakning och underhåll i lösningsmedelsservice
Om PTFE används i lösningsmedelsservice är övervakning av isolationsresistansen väsentlig. Ett månatligt megohmmetertest avslöjar permeationstrenden. En minskning med mer än 20 % från baslinjen indikerar att lösningsmedlet når MgO.
Terminalhöljet bör förslutas och ventileras för att förhindra att lösningsmedelsångor ansamlas. Lösningsmedelsångor är tyngre än luft och kan ackumuleras i lågt-inneslutningar. En korrekt ventilering eller rening minskar risken för inträngning av ånga och brand.
Regelbunden rengöring av manteln tar bort lösningsmedelsrester och avlagringar som kan påskynda genomträngningen. En mjuk trasa och ett kompatibelt lösningsmedel räcker. Slipande rengöring skadar PTFE-ytan och skapar kärnbildningsställen för ytterligare genomträngning.
När PTFE inte är rätt val
PTFE är inte det rätta valet för lösningsmedelsbaserade-rengöringsvätskor vid förhöjda temperaturer, för klorerade eller aromatiska lösningsmedel eller för tillämpningar där brandrisk är ett problem. I dessa fall kan kvarts eller rostfritt stål vara lämpligare, beroende på lösningsmedlet och driftstemperaturen.
En anpassad PTFE-doppvärmarkonfiguration med tjockare mantel och förseglade terminalkapslingar förlänger livslängden vid mild lösningsmedelsdrift, men den kan inte övervinna de grundläggande genomträngningsbegränsningarna hos PTFE i aggressiva lösningsmedel. Specifikationsprocessen kräver lösningsmedelssammansättning, driftstemperatur och genomträngningshistorik för tidigare värmare.
