環状酸-アルカリ使用における PTFE 熱交換器とフッ素化エチレン プロピレンの相対的なパフォーマンスはどのようなものですか?

兄弟ポリマーの比較

PTFE と FEP は両方とも完全にフッ素化されたポリマーです。これらは、ほぼ普遍的な耐薬品性を提供する同じ炭素-フッ素結合化学を共有しています。- FEP-フッ素化エチレンプロピレン-は本質的にテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマーであり、HFP コモノマーによって結晶化度が低下し、溶融加工が可能になる短いパーフルオロメチル側枝が導入されます。-。

どちらも過フッ素化されているため、個々の酸やアルカリに対する耐薬品性は同等です。どちらも、全 pH 範囲にわたって使用できると評価されています。両者の違いは、周期的な使用において現れます。-熱交換器が酸とアルカリにさらされる状態を交互に繰り返す-。これは、交互の化学環境における浸透、熱サイクル、機械的ストレスに対するそれぞれの反応の違いによって表れます。

透過と化学サイクルの違い

FEP は PTFE より結晶化度が低く、-通常は 40-50～70% に対して 50% です。半結晶性ポリマーの非晶質領域は、結晶性領域よりも高い自由体積を持っています。低分子の透過は主に非晶質相を通して起こります。

FEP が酸溶液にさらされると、酸分子が非晶質領域に浸透します。次に、同じ FEP コンポーネントがアルカリ溶液にさらされると、透過した酸がポリマー マトリックスの内部に入ってくるアルカリと反応します。反応により水と塩が生成されます。ポリマーの自由体積の限られた空間で形成された水分子は、動作温度で蒸発するにつれて膨張します。膨張によりポリマー内に微視的な圧力パルスが発生します。

酸-アルカリサイクルを何度も繰り返すと、こうした微圧現象が繰り返されるため、浸透サイクルに特有の疲労が発生します。-微小な空隙は非晶質領域で成長し、合体します。ポリマーの機械的特性-特に破断点伸び-は、熱老化のみから予測されるよりも早く低下します。

PTFE は結晶化度が高いため、透過のための非晶質の自由体積が少なくなります。酸とアルカリの分子はあまり深く浸透しません。周期的浸透疲労効果もそれに応じて減少します。機械的特性は、繰り返しの暴露下でも長期間にわたって安定した状態を保ちます。

表 1: 環状酸-アルカリの性能比較 (10% HCl / 10% NaOH 交互、80 度、1 時間サイクル)

FEPの溶接性の利点

PTFE に対する FEP の明らかな利点の 1 つは、溶融加工性です。{0}} FEP は押出成形、射出成形、-熱交換器製造に不可欠な-突合せ-溶接が可能です。- FEP チューブ-と-のヘッダー接合部の溶接は、機械的な継手、圧縮シール、隙間を使用せずに作成できます。これは、機械的継手が汚染のリスクがある超高純度用途において、大きな利点となります。{10}{11}}

PTFE は従来の方法では溶融溶接できません。-チューブ接続は、圧縮継手、フレアジョイント、またはフランジ接続に依存します。これらの機械的ジョイントは信頼性がありますが、隙間が発生するため、定期的なトルクの調整が必要です。-

酸-サイクルの回数が中程度で、機械的フィッティングの排除が繰り返し浸透疲労耐性よりも優先される用途では、結晶化度が低いにもかかわらず、FEP が好まれる場合があります。

温度の天井差

FEP の連続使用温度 204 度は、ほとんどの化学処理に適していますが、PTFE の定格 260 度には届きません。温度が 200 度-220 度に達する可能性がある化学反応器の加熱など、高温-環状酸-アルカリ サービス-では、PTFE がより広い安全マージンを提供します。

180 度を超える温度では、FEP の結晶化度が低くなり、非晶質率が高くなるため、浸透と繰り返し暴露による機械的効果の両方が加速されます。 FEP と PTFE の性能差は、温度が上昇するにつれて拡大します。

まとめ

PTFE は結晶化度が高いため、環状酸-アルカリの使用において FEP よりも優れており、非晶質相への浸透が減少し、FEP の機械的特性を徐々に低下させる繰り返し浸透疲労を最小限に抑えます。 PTFE は数千回の化学サイクル後も引張強度の 90 ～ 95% を保持しますが、FEP の引張強度は 70 ～ 85% です。

FEP の溶接性は、機械的な取り付けが望ましくない超高純度の用途において利点をもたらします。{0}{1}{0} FEP の温度制限内での工業用サイクル化学サービスでは、PTFE の優れたサイクル耐久性と FEP の製造柔軟性のバランスがとれた選択となります。

酸およびアルカリの濃度、サイクル頻度と期間、動作温度、純度要件、および現在の機器耐用年数データを提出すると、循環化学サービスのフッ素ポリマー選択のための工学分析が可能になります。