(siehe auch Spezifikationen zu Polymer® PTFE und Polymer® FEP und PFA) Die mechanischen Eigenschaften von PTFE sind im Vergleich zu anderen Kunststoffen gering, aber seine Eigenschaften bleiben über einen weiten Temperaturbereich von -100°F bis +400°F (-100°F bis +400°F) auf einem nützlichen Niveau. 73°C bis 204°C).
Typische Eigenschaften von polymer® PTFE-Fluorpolymerharzen
Temperaturbeständigkeit
Temperaturen über 77 °C sind für Bauteile aus den meisten Elastomeren und Kunststoffen ungünstig, während PTFE Temperaturen von bis zu 260 °C standhält.Selbst unter 77 °C werden bei der Kombination von gegenüber Metallen korrosiven Säuren und organischen Lösungsmitteln oft Auskleidungen und Komponenten aus PTFE bevorzugt, da Elastomere und andere Kunststoffe häufig nicht beständig gegen Quellung und Erweichung durch Lösungsmittel sind.
Chemische Inertheit
Mit chemischer Inertheit meinen wir, dass PTFE-Fluorkohlenstoffharze in ständigem Kontakt mit einer anderen Substanz stehen können, ohne dass eine erkennbare chemische Reaktion stattfindet.Im Allgemeinen sind PTFE-Fluorkohlenstoffharze chemisch inert.Dennoch muss diese Aussage, wie alle Verallgemeinerungen, relativiert werden, wenn sie vollkommen zutreffend sein soll.Die Einschränkung wird jedoch nicht zu Verwirrung führen, wenn man die grundlegenden Fakten zum Verhalten von PTFE-Harzen im Auge behält.
Die übliche Beschreibungszusammenfassung verschiedener Testdaten kann irreführend sein, da sie grundlegend unterschiedliche Arten „chemischen“ Verhaltens in einen Topf werfen kann.Damit die Beschreibung klar ist, muss zwischen rein chemischen Reaktionen und physikalischen Vorgängen wie der Absorption unterschieden werden.Die Beschreibung muss es dem Anwender ermöglichen, die Zusammenhänge der physikalischen und chemischen Eigenschaften zu berücksichtigen, die sich auf eine bestimmte Anwendung auswirken können.
Beispielsweise werden PTFE-Harze durch das Eintauchen in Königswasser nicht beeinträchtigt.Wenn jedoch die Temperatur und der daraus resultierende Druck dieses Reagens hoch werden, nimmt auch die Absorption der Komponenten des Reagens in das Harz zu.Nachfolgende Schwankungen, wie z. B. ein plötzlicher Druckverlust, können dann aufgrund der Ausdehnung der im Harz absorbierten Dämpfe physikalisch schädlich sein.Wenn wir also über die chemischen Eigenschaften von PTFE sprechen, müssen wir natürlich zwischen rein chemischen Reaktionen, wie wir sie mit der „chemischen Verträglichkeit“ ausgedrückt haben, und physikalischen Wirkungen, wie z. B. „Absorption“ in Kombination mit mechanischer und thermischer Belastung, unterscheiden.
Bei normalen Einsatztemperaturen werden PTFE-Harze von so wenigen Chemikalien angegriffen, dass wir nicht auflisten können, mit welchen Chemikalien sie kompatibel sind.Diese Reaktanten gehören zu den heftigsten bekannten Oxidations- und Reduktionsmitteln.Elementares Natrium entfernt in engem Kontakt mit Fluorkohlenwasserstoffen Fluor aus dem Polymermolekül.Diese Reaktion wird häufig in wasserfreien Lösungen verwendet, um die Oberflächen von PTFE zu ätzen, damit die Harze geklebt werden können.Die anderen Alkalimetalle (Kalium, Lithium usw.) reagieren ähnlich.
In einigen Fällen wurde berichtet, dass einige Chemikalien in hohen Konzentrationen bei oder nahe der empfohlenen Betriebsgrenztemperatur von 260 °C für TFE und PFA und 204 °C für FEP reaktiv gegenüber PTFE sind.Ein dem Natriumätzen ähnlicher Angriff wurde bei so hohen Temperaturen durch 80 % NaOH oder KOH, Metallhydride wie Borane (z. B. B2H6), Aluminiumchlorid, Ammoniak (NH3) und bestimmte Amine (R-NH2) und Imine erzeugt ( R = NH).Außerdem wurde ein langsamer oxidativer Angriff durch 70 %ige Salpetersäure unter Druck bei 250 °C beobachtet.Bei der Annäherung an solche extremen reduzierenden oder oxidierenden Bedingungen sind spezielle Tests erforderlich.
Absorption
Im Gegensatz zu Metallen absorbieren Kunststoffe und Elastomere unterschiedliche Mengen der Materialien, mit denen sie in Berührung kommen, insbesondere organische Flüssigkeiten.Das Absorptionsvermögen von PTFE ist ungewöhnlich niedrig und eine chemische Reaktion zwischen dem Kunststoff und den anderen Substanzen ist eine Seltenheit (mit den wenigen zuvor erwähnten Ausnahmen).Wenn die Absorption jedoch mit anderen Effekten kombiniert wird, kann diese Eigenschaft die Gebrauchstauglichkeit dieser Harze in einer bestimmten chemischen Umgebung beeinflussen.Kommt es beispielsweise zu schnellen Temperatur- oder Druckschwankungen, können Umstände entstehen, die körperlich schädlich sind.Aufgrund des größeren Betriebstemperaturbereichs sind PTFE-Harze dieser Art von physischen Schäden häufiger ausgesetzt als andere Kunststoffe.
Betrachten wir zur Erläuterung den „Dampfzyklus“-Test, der in den ATSM-Standards* für ausgekleidete Rohre beschrieben wird.Proben ausgekleideter Rohre werden 0,8 MPa (125 psi) Dampf im Wechsel mit kaltem Niederdruckwasser ausgesetzt, was in der Tat zu sehr starken Temperatur- und Druckschwankungen führt.Dies wird 100 Zyklen lang wiederholt.Dampf erzeugte einen Druck- und Temperaturgradienten durch die Auskleidung, wodurch eine kleine Menge Dampf absorbiert wurde, der innerhalb der Auskleidungswand zu Wasser kondensierte.Bei Druckentlastung oder Wiedereinleitung von Dampf kann sich das eingeschlossene Wasser zu Dampf ausdehnen, wodurch eine ursprüngliche Mikropore entsteht.Der wiederholte Druck und die Temperaturwechsel vergrößern die Mikroporen und verursachen letztendlich sichtbare wassergefüllte Blasen im Liner.Die ASTM-Standards besagen, dass die Blasen die Leistung der Rohrauskleidung nicht beeinträchtigen – die Dicke der chemischen Barriere ist immer noch intakt.
Es gibt ätzende Maßnahmen, die die Schwere der Blasenbildung verringern.Die Wärmedämmung eines ausgekleideten Rohrs oder Behälters verringert den Temperaturgradienten in der Auskleidung und verhindert so häufig die Kondensation und anschließende Ausdehnung absorbierter Flüssigkeiten.Außerdem wurden die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Temperaturänderungen reduziert, wodurch die Blasenbildung minimiert wurde.Durch die Reduzierung des Harzes kann die Isolierung daher in vielen Fällen eine Schutzmaßnahme darstellen.Zusätzlicher Schutz kann durch den Einsatz von Betriebsverfahren oder Vorrichtungen gewährleistet werden, die die Geschwindigkeit von Prozessdruckabsenkungen oder Temperaturanstiegen begrenzen.
Durchdringung
Permeation ist ein Faktor, der eng mit der Absorption zusammenhängt, aber auch eine Funktion anderer physikalischer Effekte wie Diffusion und Temperatur ist.In über 20 Jahren Erfahrung mit PTFE-ausgekleideten Rohren war die Anzahl der Ausfälle, die auf das Eindringen eines korrosiven Dampfs und anschließende Korrosion des Trägerelements zurückzuführen sind, bemerkenswert gering.Die für die physikalische Festigkeit bei hohen Temperaturen erforderlichen Linerdicken von 1,27 bis 6,35 mm reduzieren die Permeation so weit, dass sie normalerweise eine untergeordnete Rolle spielt.Da so viele Variablen die Permeation beeinflussen, ist es irreführend, Labordaten zur Permeabilität dünner Polymerfolien als Grundlage für die Auswahl spezifischer Fluorkunststoff-Polymerauskleidungen zu verwenden.Mit wenigen Ausnahmen haben Unterschiede in der Durchlässigkeit zwischen Fluorkunststoffen kaum Einfluss auf die Leistung gefertigter Rohrleitungen und Geräte.Die Leistung wird hauptsächlich durch Design, Herstellung und Qualitätskontrolle gesteuert.Daher liegt das Hauptaugenmerk in der Regel auf der Absorption, da diese die Eigenschaft ist, die die Gebrauchstauglichkeit der Fluorkohlenstoffharze in einer bestimmten chemischen Umgebung am meisten anzeigt.
Bei unbegrenzten Auskleidungen ist es wichtig, dass der Raum zwischen Auskleidung und Stützelement zur Atmosphäre hin entlüftet wird, nicht nur um das Entweichen geringer Mengen permeierender Dämpfe zu ermöglichen, sondern auch um zu verhindern, dass sich die Auskleidung ausdehnt und eingeschlossene Luft kollabiert.Außerdem werden diese Entlüftungsöffnungen zur Qualitätskontrolle von ausgekleideten Rohren und als Sicherheitsvorrichtung zur Anzeige von Leckagen im Falle einer Beschädigung der Auskleidung verwendet.Der Zusammenbruch der Auskleidung wird oft auf Permeation zurückgeführt, obwohl die Hauptursache tatsächlich das Auftreten von Vakuum im Prozessstrom ist.Hersteller von ausgekleideten Rohren veröffentlichen die Vakuumbeständigkeit ihrer verschiedenen Größen und Auskleidungsstärken bei Nenntemperatur. Manchmal ist es jedoch erforderlich, durch Konstruktionsmerkmale und Betriebsverfahren ein übermäßiges Vakuum zu verhindern.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. Februar 2019