Syskonpolymerjämförelsen
PTFE och FEP är båda helt fluorerade polymerer. De delar samma kol-fluorbindningskemi som ger nästan-universell kemikalieresistens. FEP-fluorerad etenpropen-är i huvudsak en sampolymer av tetrafluoreten och hexafluorpropen, där HFP-sammonomeren introducerar korta perfluormetylsidogrenar som minskar kristalliniteten och möjliggör smält-bearbetning.
Eftersom båda är perfluorerade är deras kemiska beständighet mot enskilda syror och alkalier jämförbar. Båda är klassade för service över hela pH-intervallet. Skillnaden mellan dem uppstår i cyklisk drift-där värmeväxlaren växlar mellan sur och alkalisk exponering-genom deras olika reaktioner på permeation, termisk cykling och mekanisk stress i den alternerande kemiska miljön.
Permeation och kemisk cykling skillnad
FEP har en lägre kristallinitet än PTFE-vanligtvis 40-50 % mot 50-70 %. De amorfa regionerna i en semikristallin polymer har högre fri volym än de kristallina regionerna. Genomträngning av små molekyler sker huvudsakligen genom den amorfa fasen.
När FEP utsätts för en sur lösning tränger syramolekyler in i de amorfa regionerna. När samma FEP-komponent sedan exponeras för en alkalisk lösning, reagerar den genomträngda syran med den inkommande alkalin inuti polymermatrisen. Reaktionen ger vatten och salt. Vattenmolekylen, som bildas i det begränsade utrymmet av polymerens fria volym, expanderar när den förångas vid arbetstemperaturen. Expansionen skapar mikroskopiska tryckpulser inuti polymeren.
Under många sura-alkaliska cykler orsakar dessa upprepade mikro-tryckhändelser en form av trötthet som är unik för permeationscykler. Mikro-tomrum växer och smälter samman i de amorfa regionerna. Polymerens mekaniska egenskaper-särskilt förlängning vid brott-avtar snabbare än vad som skulle förutsägas från enbart termisk åldring.
PTFE, med sin högre kristallinitet, har mindre amorf fri volym för permeation. Syra- och alkalimolekylerna penetrerar mindre djupt. Den cykliska permeationsutmattningseffekten reduceras på motsvarande sätt. Mekaniska egenskaper förblir stabila under en längre period under cyklisk exponering.
Tabell 1: Cyklisk syra-Alkalisk prestandajämförelse (10 % HCl / 10 % NaOH alternerande, 80 grader, 1-timmes cykler)
| Prestandaparameter | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| Kristallinitet (%) | 40-50 | 50-70 |
| Amorf fraktion (%) | 50-60 | 30-50 |
| Syrapermeationshastighet (relativ) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Cyklisk permeationsutmattningseffekt | Mätbar | Minimal |
| Draghållfasthet efter 5 000 cykler (%) | 70-85 | 90-95 |
| Förlängningsretention efter 5 000 cykler (%) | 55-75 | 85-95 |
| Mikro-tomrumsbildning | Detekteras i amorfa regioner | Minimal |
| Kontinuerlig servicetemperatur (grad) | 204 | 260 |
| Smält-bearbetbarhet | Ja (svetsbar) | Inga |
| Relativ materialkostnad | 1.2-1.5× | 1.0× |
Svetsbarhetsfördelen med FEP
FEP:s ena tydliga fördel gentemot PTFE är smält-bearbetbarhet. FEP kan extruderas, formsprutas-och-kritiskt för tillverkning av värmeväxlare-stumsvetsas-. Svetsade FEP-rör-till-samlingar kan göras utan mekaniska kopplingar, inga kompressionstätningar och inga sprickor. Detta är en betydande fördel i applikationer med ultra-hög-renhet där mekaniska kopplingar utgör föroreningsrisker.
PTFE kan inte smältsvetsas-med konventionella metoder. Röranslutningar är beroende av kompressionskopplingar, utsvängda skarvar eller flänsanslutningar. Dessa mekaniska leder är tillförlitliga men skapar sprickor och kräver periodiskt åter-vridmoment.
För applikationer där antalet sura-alkaliska cykler är måttligt och eliminering av mekaniska kopplingar är en högre prioritet än motståndskraft mot cyklisk genomträngningsutmattning, kan FEP föredras trots sin lägre kristallinitet.
Temperaturskillnaden i tak
FEP:s kontinuerliga drifttemperatur på 204 grader är tillräcklig för de flesta kemiska bearbetningar men understiger PTFE:s 260 graders klassificering. Vid hög-temperatur av cyklisk syra-alkalisk service-som vid kemisk reaktoruppvärmning där temperaturen kan nå 200-220 grader - ger PTFE en större säkerhetsmarginal.
Vid temperaturer över 180 grader accelererar FEP:s lägre kristallinitet och högre amorfa fraktion både permeation och de mekaniska effekterna av cyklisk exponering. Prestandagapet mellan FEP och PTFE ökar när temperaturen ökar.
Sammanfattning
PTFE överträffar FEP i cyklisk syra-alkalisk service på grund av dess högre kristallinitet, vilket minskar genomträngningen i den amorfa fasen och minimerar den cykliska permeationsutmattningen som successivt försämrar FEP:s mekaniska egenskaper. PTFE behåller 90-95% av sin draghållfasthet efter tusentals kemiska cykler, jämfört med 70-85% för FEP.
FEP:s svetsbarhet ger en fördel i applikationer med ultra-hög-renhet där mekaniska kopplingar inte är önskvärda. För industriell cyklisk kemisk service inom FEP:s temperaturgränser balanserar valet PTFE:s överlägsna cykliska hållbarhet mot FEP:s tillverkningsflexibilitet.
Teknisk analys för val av cyklisk kemisk service av fluorpolymer är tillgänglig vid inlämnande av sura och alkaliska koncentrationer, cykelfrekvens och varaktighet, driftstemperatur, renhetskrav och aktuella data om utrustningens livslängd.
