Propriétés du PTFE (polytétrafluoroéthylène)

(voir également les spécifications du polymère® PTFE et du polymère® FEP et PFA) Les propriétés mécaniques du PTFE sont faibles par rapport à d'autres plastiques, mais ses propriétés restent à un niveau utile sur une large plage de températures de -100°F à +400°F (- 73°C à 204°C).

Propriétés typiques des résines fluoropolymères polymère® PTFE

Résistance à la température

Les températures supérieures à 77 °C ne sont pas favorables aux composants de la plupart des élastomères et des plastiques, tandis que le PTFE résiste à des températures allant jusqu'à 260 °C.Même en dessous de 77°C, si des acides corrosifs pour les métaux et des solvants organiques sont combinés, les revêtements et composants en PTFE sont souvent préférés car les élastomères et autres plastiques manquent souvent de résistance au gonflement et au ramollissement des solvants.

Inertie chimique

Par inertie chimique, nous entendons que les résines fluorocarbonées PTFE peuvent être en contact continu avec une autre substance sans qu'aucune réaction chimique détectable ne se produise.En général, les résines PTFE fluorocarbonées sont chimiquement inertes.Néanmoins, cette affirmation, comme toute généralisation, doit être nuancée pour être parfaitement exacte.Cette qualification ne prête cependant pas à confusion si l'on garde à l'esprit les faits fondamentaux concernant le comportement des résines PTFE.

La description habituelle de diverses données de test peut être trompeuse, car elle peut regrouper des types fondamentalement différents de comportements « chimiques ».Pour que la description soit claire, elle doit distinguer les réactions strictement chimiques des actions physiques telles que l'absorption.La description doit permettre à l'utilisateur de prendre en compte les interrelations des propriétés physiques et chimiques qui peuvent affecter une application particulière.

Par exemple, les résines PTFE ne seront pas affectées par une immersion dans l'eau régale.Cependant, si la température et la pression résultante de ce réactif deviennent élevées, l'absorption des composants du réactif dans la résine augmentera également.Des fluctuations ultérieures, comme une perte de charge soudaine, peuvent alors être physiquement dommageables en raison de la dilatation des vapeurs absorbées dans la résine.Il est donc évident que lorsque l’on parle des propriétés chimiques du PTFE, il faut distinguer les réactions strictement chimiques, comme nous l’exprimons en termes de « compatibilité chimique », et les actions physiques, comme « l’absorption », combinées à des contraintes mécaniques et thermiques.

Aux températures normales d'utilisation, les résines PTFE sont attaquées par si peu de produits chimiques qu'il est préférable de répertorier les produits chimiques avec lesquels elles sont compatibles.Ces réactifs comptent parmi les agents oxydants et réducteurs les plus violents connus.Le sodium élémentaire en contact intime avec les fluorocarbones élimine le fluor de la molécule de polymère.Cette réaction est largement utilisée dans les solutions anhydres pour graver les surfaces du PTFE afin que les résines puissent être collées.Les autres métaux alcalins (potassium, lithium, etc.) réagissent de la même manière.

Dans certains cas, à ou près de la température limite de service suggérée de 260 °C pour le TFE et le PFA et de 204 °C pour le FEP, quelques produits chimiques à des concentrations élevées ont été signalés comme réactifs envers le PTFE.Une attaque similaire à la gravure au sodium a été produite à des températures aussi élevées par 80 % de NaOH ou KOH, des hydrures métalliques tels que les boranes (par exemple, B2H6), le chlorure d'aluminium, l'ammoniac (NH3) et certaines amines (R-NH2) et imines ( R = NH).De plus, une lente attaque oxydative a été observée par l’acide nitrique à 70 % sous pression à 250°C.Des tests spéciaux sont requis lorsque de telles conditions extrêmes de réduction ou d’oxydation sont approchées.

Absorption

Contrairement aux métaux, le plastique et les élastomères absorbent des quantités variables de matériaux avec lesquels ils entrent en contact, notamment les liquides organiques.Les capacités d'absorption du PTFE sont inhabituellement faibles et une réaction chimique entre le plastique et les autres substances est rare (à quelques exceptions près notées précédemment).Cependant, lorsque l’absorption est combinée à d’autres effets, cette propriété peut influencer l’aptitude au service de ces résines dans un environnement chimique particulier.Par exemple, si des fluctuations rapides de température ou de pression se produisent, des circonstances physiquement dommageables peuvent survenir.La plage de températures de service plus large des résines PTFE les expose plus fréquemment à ce type de dommages physiques que les autres plastiques.

A titre d'explication, considérons le test « cycle vapeur » décrit dans les normes ATSM* pour les tubes gainés.Des échantillons de tuyaux revêtus sont soumis à de la vapeur de 0,8 MPa (125 psi), en alternance avec de l'eau froide à basse pression, provoquant en effet de très graves fluctuations thermiques et de pression.Ceci est répété pendant 100 cycles.La vapeur a créé un gradient de pression et de température à travers le revêtement, provoquant l'absorption d'une petite quantité de vapeur qui se condense en eau à l'intérieur de la paroi du revêtement.Lors de la libération de la pression ou de la réintroduction de la vapeur, l'eau emprisonnée peut se dilater en vapeur, provoquant un micropore original.La pression répétée et les cycles thermiques élargissent les micropores, provoquant finalement des cloques visibles remplies d'eau à l'intérieur du revêtement.Les normes ASTM notent que les cloques n’affectent pas négativement les performances du revêtement de canalisation : l’épaisseur de la barrière chimique est toujours intacte.

Il existe des mesures corrosives qui réduisent la gravité des cloques.L'isolation thermique d'un tuyau ou d'une cuve revêtue réduit le gradient de température dans le revêtement, empêchant ainsi souvent la condensation et l'expansion ultérieure des fluides absorbés.Cela a également réduit la vitesse et l’ampleur des changements de température, minimisant ainsi la formation de cloques.Ainsi, en réduisant la résine, l’isolation peut constituer une mesure de protection dans de nombreux cas.Une protection supplémentaire peut être fournie en utilisant des procédures d'exploitation ou des dispositifs qui limitent le taux de réduction de pression du procédé ou d'augmentation de température.

Pénétration

La perméation est un facteur étroitement lié à l’absorption, mais elle dépend également d’autres effets physiques, tels que la diffusion et la température.En plus de 20 ans d'expérience avec les tuyaux revêtus de PTFE, le nombre de défaillances attribuées à la perméation d'une vapeur corrosive suivie d'une corrosion de l'élément de support a été remarquablement faible.Les épaisseurs de revêtement de 1,27 à 6,35 mm nécessaires à la résistance physique à haute température réduisent la perméation au point qu'elle constitue normalement une considération mineure.Étant donné que de nombreuses variables affectent la perméation, il est trompeur d’utiliser les données de perméabilité en laboratoire obtenues avec des films polymères minces comme base pour la sélection de revêtements polymères fluoroplastiques spécifiques.À quelques exceptions près, les différences de perméabilité entre les plastiques fluorés ont peu d’influence sur les performances des canalisations et équipements fabriqués.Les performances sont contrôlées principalement par la conception, la fabrication et le contrôle qualité.Par conséquent, la principale préoccupation concerne généralement l'absorption, puisque c'est la propriété la plus indicative de l'aptitude au service des résines fluorocarbonées dans un environnement chimique donné.

Dans les revêtements non limités, il est important que l'espace entre le revêtement et l'élément de support soit ventilé vers l'atmosphère, non seulement pour permettre l'échappement d'une infime quantité de vapeurs perméables, mais aussi pour empêcher l'expansion de l'air emprisonné d'effondrer le revêtement.En outre, ces évents sont utilisés pour les tests de contrôle qualité des tuyaux revêtus et comme dispositif de sécurité pour indiquer une fuite en cas de dommage au revêtement.L’effondrement du revêtement est souvent attribué à la perméation alors qu’en fait la cause principale est l’apparition d’un vide dans le flux de traitement.Les fabricants de tuyaux revêtus publient la résistance au vide à la température nominale de leurs différentes tailles et épaisseurs de revêtement, mais il est parfois nécessaire d'éviter un vide excessif par des caractéristiques de conception et des procédures d'exploitation.