Cabaran Pelarut -Suhu Tinggi
Sintesis farmaseutikal, pengeluaran kimia khusus, dan operasi pemulihan pelarut memanaskan pelarut organik hingga 150-200 darjah . Pada suhu ini, pelarut menjadi agresif terhadap bahan polimer melalui pembengkakan, resapan, dan pemplastikan. Polimer yang tahan kimia pada suhu ambien boleh melembut, membengkak, atau larut pada 180 darjah .
PEEK-polyetheretherketone-adalah-termoplastik berprestasi tinggi dengan suhu perkhidmatan berterusan 250 darjah dan rintangan kimia yang sangat baik. Ia digunakan dalam menuntut aeroangkasa, minyak dan gas, dan aplikasi pemprosesan kimia di mana polimer lain gagal. PTFE juga dinilai untuk perkhidmatan berterusan 260 darjah dengan hampir-rintangan kimia sejagat.
Pemilihan antara dua polimer premium ini untuk pertukaran haba pelarut panas bergantung pada tindak balas asasnya yang berbeza terhadap pendedahan pelarut organik pada suhu tinggi.
Perbezaan Bengkak dan Peresapan
Pelarut organik menembusi polimer dengan meresap ke dalam isipadu bebas antara rantai polimer. Tahap penyerapan bergantung pada padanan parameter keterlarutan antara pelarut dan polimer, dan pada jumlah isipadu bebas dalam struktur polimer.
PEEK ialah polimer separa-hablur dengan tulang belakang aromatik yang tegar. Ketegaran mengehadkan isipadu bebas dan mengurangkan penyerapan pelarut berbanding polimer yang lebih fleksibel. Dalam kebanyakan pelarut organik pada suhu di bawah 150 darjah , PEEK menyerap kurang daripada 2% pelarut mengikut berat dan mengekalkan sifat mekanikalnya dengan baik.
Di atas 150 darjah, keadaan berubah. Tenaga haba yang meningkat mengembangkan isipadu bebas. Molekul pelarut menembusi lebih dalam. Penyerapan meningkat. Pelarut yang diserap mengplastikan polimer-molekul pelarut bertindak sebagai pelincir dalaman antara rantai polimer, mengurangkan kekuatan dan kekakuan. Komponen PEEK yang stabil dari segi dimensi dan bunyi mekanikal pada 120 darjah boleh membengkak dan lembut pada 180 darjah dalam pelarut yang sama.
PTFE bertindak balas secara berbeza. Ikatan karbon-fluorin mencipta polimer dengan ketumpatan tenaga kohesif yang sangat rendah-daya antara molekul antara rantai adalah lemah. Pelarut yang diserap oleh kebanyakan polimer mendapati sedikit tarikan termodinamik kepada PTFE. Parameter keterlarutan PTFE adalah lebih kurang 6.2 (kal/cm³)^(1/2), jauh daripada kebanyakan pelarut organik. Penyerapan adalah minimum walaupun pada suhu tinggi.
Jadual 1: PTFE lwn. PEEK dalam Pendedahan Pelarut Organik pada 180 darjah
| Parameter Prestasi | MENGINTIP | PTFE |
|---|---|---|
| Suhu peralihan kaca (darjah) | 143 | 115 (tetapi tidak melembut dengan ketara kerana kehabluran yang tinggi) |
| Suhu penggunaan berterusan (darjah) | 250 | 260 |
| Penyerapan pelarut dalam toluena pada 180 darjah (%) | 3-8 | < 0.5 |
| Penyerapan pelarut dalam DMF pada 180 darjah (%) | 5-12 | < 0.5 |
| Pengekalan kekuatan tegangan selepas 1,000 jam dalam pelarut pada 180 darjah (%) | 60-80 (bergantung kepada pelarut) | > 90 |
| Perubahan dimensi dalam pelarut pada 180 darjah (%) | 1-5 (bengkak) | < 0.5 |
| Kadar resapan (relatif) | Sederhana | Sangat rendah |
| Kecenderungan retak tekanan | Sederhana (dalam pelarut agresif) | tiada |
| Rintangan rayapan pada 180 darjah di bawah beban | bagus | Sederhana (gunakan PTFE yang diubah suai) |
Perbezaan Memecahkan Tekanan
PEEK terdedah kepada retak tekanan persekitaran dalam pelarut organik tertentu pada suhu tinggi. Apabila komponen PEEK bertekanan terdedah kepada pelarut yang mempunyai sedikit pertalian untuk polimer, molekul pelarut tertumpu pada kepekatan tegasan-cacat permukaan, tanda pemesinan atau titik pengapit. Pemplastikan setempat memulakan retakan-mikro yang merambat secara perlahan melalui bahan.
Kerentanan bergantung pada pelarut tertentu, tahap tegasan, dan suhu. Sukar untuk diramalkan untuk formulasi pelarut baru atau campuran. Penukar haba yang berfungsi dengan sempurna dalam persekitaran ujian mungkin gagal dalam pengeluaran lebih awal disebabkan oleh kekotoran pelarut kecil atau suhu operasi yang berbeza sedikit.
PTFE tidak mempunyai kerentanan retak tekanan alam sekitar yang diketahui dalam pelarut organik. Ikatan karbon-fluorin terlalu kuat untuk diganggu oleh molekul pelarut. Ketumpatan tenaga kohesif rendah bahan bermakna walaupun pelarut yang menyerap sedikit tidak dapat menumpukan cukup pada titik tegasan untuk memulakan keretakan.
Perdagangan Sempadan Rayapan dan Tekanan-.
Di mana PEEK mempunyai kelebihan ialah rintangan rayapan. Tulang belakang aromatik tegar PEEK memberikan rintangan yang lebih baik untuk merayap di bawah beban daripada PTFE pada suhu yang sama. Tiub PEEK di bawah tekanan wap dalaman pada 180 darjah merayap lebih perlahan daripada tiub PTFE dalam keadaan yang sama.
PTFE yang diubah suai, dengan bahagian-comonomer cawangannya, menutup sebahagian besar jurang ini. Pada tekanan wap 180 darjah dan sederhana (2-4 barg), PTFE yang diubah suai memberikan hayat rayapan yang mencukupi untuk perkhidmatan 5-10 tahun. Untuk aplikasi yang memerlukan tekanan wap yang lebih tinggi pada 180 darjah , rintangan rayapan unggul PEEK mungkin membenarkan kos bahan yang lebih tinggi dan keserasian pelarut yang lebih terhad.
Ringkasan
PTFE mengatasi prestasi PEEK dalam perkhidmatan pelarut organik panas melebihi 150 darjah di mana pembengkakan pelarut, resapan dan keretakan tekanan adalah kebimbangan yang dominan. Parameter keterlarutan rendah PTFE dan ikatan C-F yang kuat memberikan hampir-sifar penyerapan pelarut dan keimunan kepada keretakan tegasan. PEEK terdedah kepada bengkak dan retak tekanan persekitaran dalam pelarut tertentu pada suhu tinggi.
Kelebihan PEEK ialah rintangan rayapan yang unggul, yang mungkin menjadi penentu dalam-aplikasi wap tekanan tinggi. Untuk kebanyakan tugas pemanasan pelarut organik dalam had tekanan PTFE, PTFE menyediakan keserasian kimia yang lebih luas dan kebebasan daripada risiko retak tekanan.
Analisis kejuruteraan untuk pemilihan polimer penukar haba pelarut panas tersedia selepas penyerahan identiti dan kepekatan pelarut, suhu dan tekanan operasi, duti haba, dan sebarang keputusan ujian keserasian polimer sebelumnya.
