En produsent av presisjonsdeler installerte en PTFE-dykkvarmer i en -løsningsmiddelbasert rengjøringstank. Løsningsmidlet var et klorert hydrokarbon som ble brukt til å fjerne maskinoljer og flussrester. Varmeren ble vurdert for temperatur og watttetthet. Den mislyktes etter tre måneder-ikke på grunn av kjemisk angrep på PTFE, men på grunn av løsemiddelgjennomtrengning som degraderte MgO-isolasjonen og forårsaket jordfeil. Polymeren var intakt. Varmeapparatet var det ikke.
Løsemiddelbaserte-rengjøringsvæsker utgjør en annen utfordring enn vannholdig kjemi. De fleste løsemidler angriper ikke PTFE kjemisk, men de trenger lettere gjennom polymeren enn vann. Deres lave viskositet og høye diffusivitet lar dem trenge inn i kappen raskere, og når MgO-isolasjonen på måneder i stedet for år. Resultatet er en rask nedgang i isolasjonsmotstand og eventuell elektrisk feil.
Hvorfor løsemidler trenger PTFE raskere enn vann
Permeasjon er en diffusjonsprosess. Molekyler beveger seg gjennom polymermatrisen ved å klemme mellom kjedene. Mindre molekyler diffunderer raskere. Molekyler som har en affinitet for polymeren-lignende løselighetsparametere-diffunderer også raskere.
Vann er et lite molekyl, men det er polart og har lav affinitet for den ikke-polare PTFE-matrisen. Det gjennomsyrer sakte. De fleste organiske løsningsmidler er upolare eller mildt polare, og de har høyere affinitet for PTFE. De løser seg lettere inn i polymeroverflaten og diffunderer raskere gjennom matrisen.
Klorerte løsningsmidler som metylenklorid, trikloretylen og perkloretylen er spesielt aggressive permeanter. Deres lille molekylstørrelse og moderate affinitet for PTFE gjør at de kan trenge gjennom kappen på uker eller måneder.
| Løsemiddeltype | Molekylær størrelse | Tilhørighet til PTFE | Permeasjonshastighet | Tid til isolasjonssvikt |
|---|---|---|---|---|
| Vann | Liten | Lav | Veldig lavt | 2–5 år |
| Alkoholer | Liten | Moderat | Lav – Moderat | 1–3 år |
| Ketoner | Liten | Moderat | Moderat | 8–18 måneder |
| Klorerte løsemidler | Liten | Moderat – Høy | Høy | 3–8 måneder |
| Aromatiske løsemidler | Moderat | Høy | Høy | 2–6 måneder |
| Alifatiske hydrokarboner | Moderat | Høy | Moderat – Høy | 4–12 måneder |
Løsemiddelgjennomtrengningshastigheter gjennom PTFE og deres effekt på isolasjonsmotstanden
Effekten av temperatur på løsemiddelgjennomtrengning
Temperatur akselererer løsningsmiddelgjennomtrengning på samme måte som den akselererer vanngjennomtrengning. Hver 10 graders økning dobler omtrent diffusjonshastigheten. Et løsemiddel som bruker tolv måneder på å trenge inn i en kappe ved 40 grader, kan trenge inn i det om seks måneder ved 50 grader og tre måneder ved 60 grader.
Rensetanker med løsemidler opererer ofte ved høye temperaturer for å forbedre rengjøringseffektiviteten. En tank på 60–70 grader er spesielt krevende for PTFE-dykkvarmere fordi kombinasjonen av høy diffusivitet og forhøyet temperatur akselererer gjennomtrengningen.
| Driftstemperatur | Relativ permeasjonsrate | Tid til isolasjonssvikt | Forventet levetid |
|---|---|---|---|
| 30 grader | 1× | 12–18 måneder | 2–3 år |
| 40 grader | 2× | 6–12 måneder | 1–2 år |
| 50 grader | 4× | 3–6 måneder | 6–12 måneder |
| 60 grader | 8× | 6–12 uker | 3–6 måneder |
| 70 grader | 16× | 3–6 uker | 4–8 uker |
Løsemiddelgjennomtrengning og levetid som funksjon av driftstemperatur
Hvorfor løsemiddelgjennomtrengning er mer skadelig enn vanngjennomtrenging
Vanngjennomtrengning reduserer isolasjonsmotstanden, men angriper ikke MgO kjemisk. Løsemiddelgjennomtrengning er annerledes. Mange organiske løsemidler reagerer med eller løser opp MgO-fyllstoffet, og skaper ledende veier og etsende stoffer.
Klorerte løsningsmidler kan spaltes ved høye temperaturer i kontakt med MgO og frigjøre saltsyre. Syren angriper MgO og motstandselementet, og forårsaker rask nedbrytning. Varmeren svikter fra innsiden og ut, selv om PTFE-kappen virker intakt.
Løsemidlet som når MgO skaper også en brannfare. Organiske løsemidler er brannfarlige, og en varmeovn som har absorbert løsemiddel i isolasjonen kan antennes hvis elementet overopphetes. Dette er et sikkerhetsproblem så vel som et pålitelighetsproblem.
Praktiske retningslinjer for løsemiddelservice
PTFE-senkvarmere er ikke egnet for alle løsemiddelbaserte-rengjøringsapplikasjoner. For løsemidler med lav permeasjonshastighet-som vann-blandbare alkoholer og milde ketoner ved moderate temperaturer-kan PTFE være akseptabelt med nøye overvåking. For klorerte løsemidler, aromatiske løsemidler og høy-temperaturer anbefales ikke PTFE.
I disse applikasjonene bør alternative materialer vurderes. Kvarts er motstandsdyktig mot de fleste løsemidler og har lavere permeasjon. Rustfritt stål 316L er motstandsdyktig mot mange løsemidler, men kan korrodere i klorerte miljøer. Titan er motstandsdyktig mot de fleste løsemidler, men er dyrt.
| Løsemiddeltype | PTFE-egnethet | Anbefalt alternativ | Notater |
|---|---|---|---|
| Vandige rengjøringsmidler | Glimrende | - | PTFE er ideelt |
| alkoholer,<50°C | God | - | Overvåk isolasjonsmotstanden |
| Ketoner,<50°C | Moderat | Kvarts | Kortere levetid |
| Klorerte løsemidler | Ikke anbefalt | Kvarts, rustfritt stål | Brannfare, gjennomtrenging |
| Aromatiske løsemidler | Ikke anbefalt | Kvarts, rustfritt stål | Høy permeasjon |
| Alifatiske hydrokarboner | Marginal | Kvarts, rustfritt stål | Moderat gjennomtrenging |
PTFE-egnethet og alternativer for løsemiddelbaserte-rengjøringsvæsker
Overvåking og vedlikehold i Solvent Service
Hvis PTFE brukes i løsemiddeltjeneste, er overvåking av isolasjonsmotstand avgjørende. En månedlig megohmmeter-test avslører permeasjonstrenden. En nedgang på mer enn 20 % fra baseline indikerer at løsningsmidlet når MgO.
Terminalkabinettet bør forsegles og ventileres for å forhindre at løsemiddeldamp samler seg. Løsemiddeldamper er tyngre enn luft og kan samle seg i lavtliggende- innhegninger. En riktig ventilasjon eller rensing reduserer risikoen for dampinntrengning og brann.
Regelmessig rengjøring av kappen fjerner løsemiddelrester og avleiringer som kan akselerere gjennomtrengning. En myk klut og et kompatibelt løsemiddel er tilstrekkelig. Slipende rengjøring skader PTFE-overflaten og skaper kjernedannelsessteder for ytterligere permeasjon.
Når PTFE ikke er det riktige valget
PTFE er ikke det riktige valget for løsemiddelbaserte-rengjøringsvæsker ved høye temperaturer, for klorerte eller aromatiske løsemidler, eller for bruksområder der brannfare er et problem. I disse tilfellene kan kvarts eller rustfritt stål være mer egnet, avhengig av løsemiddel og driftstemperatur.
En tilpasset PTFE-dykkvarmerkonfigurasjon med tykkere kapper og forseglede terminalkapslinger forlenger levetiden ved bruk av milde løsemidler, men den kan ikke overvinne de grunnleggende permeasjonsbegrensningene til PTFE i aggressive løsemidler. Spesifikasjonsprosessen krever løsningsmiddelsammensetningen, driftstemperaturen og permeasjonshistorien til tidligere varmeovner.
