Tấm gia nhiệt PTFE có thể chịu được sự tấn công hóa học Hiểu được giới hạn của khả năng kháng hóa chất?

Tấm gia nhiệt PTFE được sử dụng trong lò phản ứng hóa học đặc biệt được cho là có thể tồn tại trong nhiều năm mà không gặp vấn đề gì. Chỉ sau 14 tháng, kiểm tra bề mặt cho thấy bề mặt trắng đều, có vết nứt nhỏ và ngày càng giòn hơn. Chất lỏng xử lý-axit nitric đậm đặc ở 180 độ -đã được kiểm tra dựa trên các bảng tương thích thông thường và không có hư hỏng cơ học hay cháy-khô. Những người vận hành không thể tin được: Mọi người đều cho rằng PTFE là chất trơ về mặt hóa học. Nhưng cách vật liệu phân hủy rõ ràng cho thấy nó đang bị hóa chất tấn công từ từ. Trong các phòng thí nghiệm và nhà máy, điều này xảy ra nhiều lần vì PTFE trơ đến mức mọi người nghĩ rằng nó có thể xử lý mọi tình huống. Để tránh những sai lầm tốn kém, các kỹ sư xử lý và chuyên gia xác định vật liệu cần biết chính xác chất fluoropolymer tuyệt vời này có thể và không thể làm gì.

PTFE có khả năng kháng hóa chất rất cao vì nó có khung cacbon-flo rất ổn định và cấu trúc không-phân cực mà hầu hết mọi thứ không thể làm ướt hoặc kết nối được. PTFE có thể xử lý hầu hết mọi dung môi, axit, bazơ hoặc khí công nghiệp mà không có bất kỳ tương tác nào có thể quan sát được ở nhiệt độ vừa phải, thường dưới 150 độ. Vì vậy, các bảng tương thích hiển thị hàng nghìn chất là "xuất sắc" hoặc "không gây hại". Hiệu suất này làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong các tấm gia nhiệt dành cho các thiết lập có tính ăn mòn hoặc độ tinh khiết-cao.

Khi nhiệt độ tăng lên, hình ảnh thay đổi rất nhiều. Trên 200 độ, độ linh động phân tử cao hơn cho phép một số loài hung hãn vượt qua bề mặt và bắt đầu phá vỡ nó. Có ba loại nguy hiểm chính nổi bật trong các lỗi được báo cáo.

Các axit oxy hóa rất đậm đặc và gần với giới hạn sử dụng-liên tục cao nhất của PTFE (260 độ ) gây ra quá trình oxy hóa bề mặt chậm nhưng tích lũy. Axit nitric bốc khói, axit perchloric nóng hoặc trộn với các halogen tự do sẽ lấy đi các nguyên tử flo, tạo ra các khuyết tật carbonyl và carboxyl làm cho nền trở nên giòn. Tốc độ tăng lên khá nhanh khi nhiệt độ lên tới gần 250 độ. Axit loãng không nguy hiểm trong thời gian dài, nhưng khi trộn với nồng độ cao, nhiệt độ cao và thời gian dài, chúng trở nên không ổn định.

Các chất fluoride như khí flo nguyên tố, clo triflorua hoặc xenon Difluoride phản ứng dữ dội ngay cả khi trời không nóng lắm. Những hóa chất này thêm hoặc loại bỏ flo, nhanh chóng phá vỡ chuỗi và làm mòn bề mặt. Ở 150 độ, khoảng 5–10% flo trong nitơ có thể gây ra thiệt hại rõ ràng trong vài giờ.

Khi natri và kali tan chảy và đun nóng trên 300 độ, chúng nhanh chóng khử fluoride, tạo ra florua kim loại và để lại than-giàu cacbon. Trong những tình huống hiếm gặp nhưng đã được biết đến, một số halogen kim loại hoặc lưu huỳnh nóng chảy ở nhiệt độ rất cao cho thấy hành vi hung hăng tương đương.

Tấn công hóa học để lại những dấu hiệu khá khác so với thiệt hại cơ học hoặc nhiệt. Làm trắng bề mặt cho thấy các khoảng trống vi mô-đang hình thành và ánh sáng bị tán xạ do các tinh thể đang thay đổi. Sau khi cắt xích, tấm trở nên giòn và cứng, dễ bị vỡ khi giãn nở bình thường. Việc giảm trọng lượng hoặc độ mỏng của tường có thể đo được cho thấy vật liệu đã được loại bỏ. Trong những trường hợp khắc nghiệt, hiện tượng rỗ vi mô hoặc phân tách giữa các hạt xảy ra mà không có đặc tính cháy thành than hoặc nóng chảy do quá nhiệt.

Những trường hợp ngoại lệ này rất khác với hầu hết các hợp chất công nghiệp. Axit sunfuric lên tới 98% ở 200 độ, axit clohydric, dung dịch natri hydroxit và hầu hết các dung môi hữu cơ không bị phân hủy theo thời gian. Đường bao nồng độ-nhiệt độ là điểm khác biệt chính. Phạm vi hoạt động của PTFE rất lớn nhưng không phải là vô hạn.

Để kiểm tra tính tương thích, bạn cần nhiều thứ hơn là chỉ các biểu đồ chung chung. Hầu hết các nghiên cứu được công bố đều cho thấy khả năng ngâm trong thời gian ngắn- ở nhiệt độ môi trường xung quanh hoặc ở một điểm cao. Các kỹ sư cần đảm bảo rằng nồng độ, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và bất kỳ chất gây ô nhiễm vi lượng nào đều giống với điều kiện thực tế. "Kháng" và "tương thích" không có nghĩa giống nhau. Vật liệu đã vượt qua cuộc kiểm tra khả năng chống chịu trong bảy ngày-có thể bị hỏng theo thời gian khi vật liệu đó gần đạt đến giới hạn nhiệt độ. Trong môi trường công nghiệp, nguồn tấn công hóa học thực sự phổ biến nhất đối với các tấm gia nhiệt PTFE là sử dụng chúng ở nhiệt độ quá cao với các hóa chất oxy hóa mạnh.

Thử nghiệm ngâm trong các điều kiện quy trình mô phỏng vẫn là cách đáng tin cậy nhất để xác nhận các ứng dụng gần ranh giới, là những ứng dụng chạy trong khoảng 20–30 độ tối đa được báo cáo hoặc sử dụng các chất oxy hóa mạnh. Hiển thị các mẫu PTFE trong 30, 90 và 180 ngày, sau đó thực hiện phân tích trọng lượng, kiểm tra độ bền kéo và kính hiển vi. Kết quả tích cực-ít thay đổi về trọng lượng, duy trì tính linh hoạt và không bị tác động lên bề mặt-hỗ trợ việc tiếp tục sử dụng. Nếu có thể quan sát thấy sự xuống cấp thì cần phải thay đổi vật liệu hoặc quy trình khác.

PTFE có độ bền khá cao nhưng không có chất nào hoàn toàn phổ biến. Sự tấn công bằng hóa chất, sự cố của PTFE, tác nhân oxy hóa, hạn chế về nhiệt độ và kiểm tra tính tương thích là tất cả những nguyên nhân có thể khiến dịch vụ ngừng hoạt động quá sớm. Biết những ranh giới này sẽ ngăn chặn việc lạm dụng và giữ an toàn cho thiết bị vốn. Đối với các quy trình gần bằng hoặc vượt quá giới hạn đã công bố, việc xem xét dữ liệu tương thích chi tiết hoặc thực hiện các thử nghiệm ngâm có mục tiêu có thể xác nhận rằng PTFE là phù hợp và khả năng kháng hóa chất tuyệt vời của nó sẽ mang lại hiệu suất lâu dài, có thể dự đoán được mà các kỹ sư xử lý và nhà xác định vật liệu mong đợi.