Obrat za končno obdelavo kovin, ki izvaja linijo za eloksiranje s kromovo kislino pri 55 stopinjah, je bilo potrebno za zamenjavo pokvarjenega potopnega grelnika. Vzdrževalna ekipa je imela dve možnosti: grelec s PTFE-oplaščem in grelnik s-PVDF plaščem. Oba sta bila ocenjena glede na temperaturo in kemijo. Možnost PVDF je bila cenejša. Možnost PTFE je imela daljše rezultate v podobnih napravah. Odločitev je padla na primerjavo, ki je pogosto preveč poenostavljena kot "PTFE je boljši" ali "PVDF je cenejši".
PTFE in PVDF sta fluoropolimera z odlično kemično odpornostjo. Oba sta odporna na kromovo kislino pri običajnih koncentracijah in temperaturah eloksiranja. Vendar se razlikujejo po toplotnih lastnostih, mehanski trdnosti, odpornosti proti prepustnosti in ceni. Pri storitvah s kromovo kislino te razlike določajo, kateri material zagotavlja nižje skupne stroške lastništva.
Kemična odpornost na kromovo kislino
Kromova kislina je močan oksidant. Tako PTFE kot PVDF sta odporna proti oksidaciji pri koncentracijah in temperaturah, ki se uporabljajo pri eloksiranju-običajno 5–10 % CrO₃ pri 40–60 stopinjah. Noben material ni napaden v normalnih pogojih delovanja.
Razlika se pojavi pri višjih temperaturah ali koncentracijah. PTFE ohrani svojo kemično odpornost do 260 stopinj. PVDF se začne mehčati in razgraditi nad 150 stopinjami, njegova kemična odpornost pa upade nad 120 stopinjami. Pri uporabi s kromovo kislino pri 55 stopinjah sta oba materiala znotraj svojih varnih razponov, vendar PTFE zagotavlja širši rob, če temperatura procesa niha ali če pride do lokalnega pregrevanja.
| Material | Stalna servisna temp | Max Temp v kromovi kislini | Odpornost proti oksidaciji | Odpornost na prepustnost |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 260 stopinj | 200 stopinj + | Odlično | Odlično |
| PVDF | 150 stopinj | 120 stopinj | Dobro | Zmerno |
| FEP | 200 stopinj | 150 stopinj | Zelo dobro | Dobro |
| PFA | 260 stopinj | 200 stopinj + | Odlično | Odlično |
Kemijske in toplotne meje za fluoropolimerne materiale ovoja v uporabi s kromovo kislino
Toplotna prevodnost in vatna gostota
PVDF ima toplotno prevodnost približno 0,20 W/m·K, kar je nekoliko nižje od 0,25 W/m·K PTFE. To pomeni, da PVDF zahteva manjšo gostoto v vatih za enako temperaturo plašča ali večjo površino za enako moč.
V praksi je razlika skromna. Grelnik PVDF bo morda potreboval 10–15 % več površine kot grelnik PTFE za isto delovanje pri isti temperaturi plašča. V rezervoarjih z omejenim prostorom je ta razlika lahko pomembna. Pri rezervoarjih z zadostno prostornostjo to ni odločilen dejavnik.
| Material | Toplotna prevodnost | Varna vatna gostota v kromovi kislini | Površina za 5 kW | Relativni odtis |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Izhodišče |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 1,0–1,3 W/cm² | 3800–5000 cm² | 10–20 % večji |
| FEP | 0.24 W/m·K | 1,2–1,4 W/cm² | 3500–4200 cm² | Podobno |
| PFA | 0.26 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 3300–4200 cm² | Podobno |
Zahteve glede toplotne prevodnosti in površine za fluoropolimerne ovoje v kromovi kislini
Mehanska trdnost in vzdržljivost
PTFE je mehak polimer. Pod tlačno obremenitvijo je nagnjen k hladnemu toku, zato prirobnični spoji zahtevajo mehanske zapore ali pogosto ponovno zatekanje. PVDF je trši in trši od PTFE. Bolje se upira hladnemu toku in ohranja obliko pod obremenitvijo.
Pri eloksiranju s kromovo kislino, kjer lahko stojala in obdelovanci pridejo v stik z grelcem med nalaganjem in razkladanjem, večja trdota PVDF zagotavlja boljšo odpornost na mehanske poškodbe. Zareze v PTFE lahko ustvarijo mesto nukleacije za odlaganje in pot za kemično permeacijo. Enak vpliv na PVDF lahko pusti le površinsko sled.
PVDF je tudi bolj odporen proti obrabi kot PTFE. V rezervoarjih s suspendiranimi trdnimi snovmi ali pogostim čiščenjem PVDF dlje obdrži svojo površinsko obdelavo. Gladka površina je odporna na oprijem vodnega kamna in jo je lažje čistiti.
| Mehanske lastnosti | PTFE | PVDF | Prednost |
|---|---|---|---|
| Trdota (Shore D) | 50–60 | 70–80 | PVDF |
| Natezna trdnost | 20–30 MPa | 40–55 MPa | PVDF |
| Odpornost proti hladnemu toku | Ubogi | Dobro | PVDF |
| Odpornost proti obrabi | Zmerno | Dobro | PVDF |
| Odpornost na udarce | Zmerno | Zmerno – dobro | PVDF |
Primerjava mehanskih lastnosti za PTFE in PVDF grelne ovoje
Prepustnost in življenjska doba
Permeacija je počasna difuzija kemičnih vrst skozi polimerni ovoj. Pri delovanju s kromovo kislino prepustnost omogoča, da kromovi ioni in vlaga dosežejo izolacijo MgO, kar zmanjša izolacijski upor in sčasoma povzroči okvaro.
PTFE ima boljšo odpornost na prepustnost kot PVDF, zlasti pri povišanih temperaturah. Fluoroogljikove verige v PTFE so tesneje zapakirane in manj mobilne kot verige v PVDF, ki vsebujejo vodikove atome, ki ustvarjajo prostore v strukturi polimera. V kromovi kislini pri 55 stopinjah lahko PTFE plašč potrebuje dvakrat več časa kot PVDF plašč, da doseže enako stopnjo prepustnosti.
Praktična posledica je življenjska doba. Grelnik PVDF v uporabi s kromovo kislino lahko zdrži 2–3 leta. PTFE grelec v isti uporabi lahko zdrži 4–6 let. Daljša življenjska doba PTFE kompenzira njegovo višjo nabavno ceno v življenjski dobi namestitve.
| Material | Čas do izolacijske odpornosti<50 MΩ | Pričakovana življenjska doba v kromovi kislini | Relativna stopnja prepustnosti |
|---|---|---|---|
| PTFE | 24–48 mesecev | 4–6 let | 1× |
| PVDF | 12–24 mesecev | 2–3 leta | 2–3× |
| FEP | 18–36 mesecev | 3–4 leta | 1.5–2× |
| PFA | 24–48 mesecev | 4–6 let | 1× |
Stopnje prepustnosti in življenjska doba za fluoropolimerne ovoje v kromovi kislini pri 55 stopinjah
Primerjava stroškov skozi čas
PVDF grelniki običajno stanejo 20–30 % manj kot PTFE grelniki podobne moči in konfiguracije. Pri nizki-temperaturi, blagi-kemiji, kjer oba materiala zdržita enako dolgo, je PVDF ekonomična izbira.
Pri storitvah s kromovo kislino krajša življenjska doba PVDF izravna njegovo nižjo nabavno ceno. V deset-letnem obdobju lahko grelnik PVDF zahteva 3–5 zamenjav, grelnik PTFE pa 2. Delo in izpadi za vsako zamenjavo povečajo razliko v stroških.
| Material | Nakupna cena | Življenjska doba | 10-letne zamenjave | 10-letni skupni stroški |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | Izhodišče | 4–6 let | 2 | 2× kupnina |
| PVDF | 0,7–0,8× osnovna linija | 2–3 leta | 3–5 | 2,1–4,0 × osnovna linija |
| FEP | 0,8–0,9× osnovna linija | 3–4 leta | 2–3 | 1,6–2,7× osnovna linija |
| PFA | 1,1–1,3 × osnovna linija | 4–6 let | 2 | 2,2–2,6 × osnovna linija |
Primerjava stroškov za fluoropolimerne grelne ovoje v deset-letnem obdobju pri storitvah s kromovo kislino
Ko je PVDF boljša izbira
PVDF je boljša izbira, ko je koncentracija kromove kisline nizka, temperatura zmerna in ima rezervoar omejen prostor, kar daje prednost bolj kompaktnemu grelniku. Primeren je tudi za aplikacije, kjer je mehanska vzdržljivost pomembnejša od odpornosti na prepustnost-, kot so rezervoarji s pogostim nakladanjem in praznjenjem, pri katerih obstaja nevarnost stika z grelcem.
PVDF ni primeren za visoko{0}}temperaturno delo s kromovo kislino, za kopeli, ki lahko presežejo 80 stopinj, ali za aplikacije, kjer mora grelnik zdržati več kot tri leta brez zamenjave.
Ko je PTFE boljša izbira
PTFE je boljša izbira za večino aplikacij za eloksiranje s kromovo kislino. Njegova večja prepustnost, širši temperaturni rob in daljša življenjska doba upravičujejo višjo nabavno ceno. Pri rezervoarjih, kjer je zamenjava grelnika moteča,-veliki rezervoarji, kritične proizvodne linije ali težko{3}}do{4}}dostopne instalacije-je daljša življenjska doba PTFE pomembna prednost.
Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z nizko vatno gostoto, veliko površino in zaprtimi ohišji priključkov dodatno podaljša življenjsko dobo. Postopek specifikacije zahteva koncentracijo kromove kisline, delovno temperaturo, dimenzije rezervoarja in zahtevano moč. Za objekte, ki uporabljajo linije za eloksiranje s kromovo kislino, ta-pristop, specifičen za aplikacijo, zagotavlja zanesljivo storitev, kjer PVDF morda ne uspe.
