PEEK (poliēterketons) nodrošina izcilu izturību augstā{0}}temperatūras apstākļos, bet vāju izturību pret stiprām skābēm. PFA nodrošina izcilu ķīmisko izturību pret skābēm un bāzēm, bet zaudē mehānisko izturību virs 180 grādiem. Koekstrudētais divslāņu apvalks-PEEK iekšējais slānis nodrošina izturību un PFA ārējais slānis ķīmiskai izturībai-apvieno priekšrocības. Tomēr 200 grādu temperatūrā sārmainos šķīdumos (piemēram, 10–30% NaOH, KOH) PFA/PEEK saskarne atslāņojas 100–500 stundu laikā diferenciālās termiskās izplešanās un sārmainās iedarbības dēļ uz saistslāni. CTE neatbilstība ir nopietna: PEEK izplešas par 47 ppm/grādu, PFA pie 110–120 ppm/grādi. Pie 200 grādiem bīdes spriegums saskarnē pārsniedz 5–10 MPa, pārsniedzot tipisko saišu slāņa adhēziju (3–5 MPa). Bez efektīva sasaistes slāņa atslāņošanās notiek ātri. Augstas temperatūras sasaistes slānis (piemēram, polieterimīds vai polibenzimidazols) kalpošanas laiks pagarinās līdz 1000–2000 stundām, taču tas joprojām neizdodas zem 5000 stundām. Nepārtrauktai 200 grādu sārmainai darbībai uzticamāks ir monolīts PEEK sildītājs ar plānu PFA pārklājumu (iegremdēts{38}}pārklājums, nevis koekstrudēts) vai vienkārši izmantojiet metāla sildītāju (titāna vai niķeļa sakausējumu).
Interfeisa izaicinājumi 200 grādu leņķī
PFA un PEEK koekstrūzija ir sarežģīta, jo to apstrādes temperatūras atšķiras (PFA 350–400 grādi, PEEK 380–420 grādi) un tie ir nesaderīgi polimēri. Nepieciešams kaklasaites slānis. Parastie saišu slāņi ir modificēts poliēterimīds (PEI) vai polibenzimidazols (PBI). Pie 200 grādiem piesaistes slānis kļūst mīkstāks (PEI Tg ≈ 217 grādi, tuvu robežai). Sārmainos šķīdumos saišu slānis hidrolizējas. Pat bez ķīmiskā uzbrukuma CTE neatbilstība rada ciklisku bīdes spriegumu termiskās cikla laikā (istabas temperatūra līdz 200 grādiem). Atdzesējot, PFA saraujas par 6 reizēm vairāk nekā PEEK, atraujoties no saskarnes. Pēc 100–500 cikliem sākas atslāņošanās.
Atslāņošanās laiks pret vidi (200 grādi)
| Būvniecība | Kaklasaites slānis | Vide | Laiks līdz atslāņošanai (stundas) | Neveiksmes režīms | Vai piemērots 200 grādu sārmainam? |
|---|---|---|---|---|---|
| PFA/PEEK koekstrudēts | Nav (tiešs kontakts) | 20% NaOH | 20–50 | Interfeisa atdalīšana | Nē |
| PFA/PEEK koekstrudēts | Modificēts PEI (50 µm) | 20% NaOH | 100–300 | Sasaistes slāņa hidrolīze | Nē |
| PFA/PEEK koekstrudēts | PBI (25 µm) | 20% NaOH | 300–600 | PBI degradācija | Margināls |
| PFA/PEEK koekstrudēts | PBI | 10% KOH | 500–1,000 | Lēna atslāņošanās | Pieņemams ar pārtraukumiem |
| PEEK ar PFA iegremdēšanas pārklājumu (0,2 mm) | Nav (mehāniski) | 20% NaOH | 1,000–2,000 | Pārklājuma nodilums | Pieņemams |
| Monolīts PEEK (bez PFA) | N/A | 20% NaOH | >10 000 (ķīmisks uzbrukums) | PEEK degradējas | Nē (slikta izturība pret sārmiem) |
| Titāna sildītājs | N/A | 20% NaOH | >20,000 | Nav | Jā (labākais) |
PEEK ķīmiskā izturība sārmu šķīdumos
PEEK pašam ir tikai godīga izturība pret spēcīgiem sārmiem 200 grādos. 10–30% NaOH 200 grādu temperatūrā PEEK zaudē 20–30% no stiepes izturības pēc 2000 stundām un veido virsmas plaisas. Tātad, pat ja atslāņošanās nenotiek, PEEK iekšējais slānis noārdās. Duālais slānis neatrisina PEEK ievainojamību. Vienīgā priekšrocība ir tā, ka PFA ārējais slānis aizsargā PEEK no tieša kontakta, taču PEEK joprojām ir sārmains, ja PFA saplaisā vai caurkļūst. 200 grādu temperatūrā NaOH caur 1 mm PFA 0,5–1,0 g/m² dienā sasniedz PEEK saskarni nedēļu laikā.
Praktiskās veiktspējas dati (200 grādi, 20% NaOH)
| Materiāls | Stiepes stiprības saglabāšana pēc 2000 stundām (%) | Virsmas stāvoklis | OH⁻ caurlaidības ātrums (relatīvais) | Ieteicamā maksimālā temperatūra |
|---|---|---|---|---|
| PFA monolīts | 85–90 | Neliela dzeltenība | 1.0x | 180 grādi |
| PEEK monolīts | 65–75 | Virsmas trakums | 5–10x | 200 grādi (ierobežots mūžs) |
| PFA/PEEK koekstrudēts (PBI kaklasaite) | 70–80 (kopumā) | Atslāņošanās saskarnē | 1,0 x (izmantojot PFA) | 190 grādi |
| PTFE (kā atsauce) | 60–70 | Pietūkums | 0.5x | 200 grādi (bet mīksts) |
| Titāns (2. klase) | 100 (metāls) | Pasivēts | N/A | 200 grādi + |
Alternatīvi risinājumi 200 grādu sārmainai apkurei
Drošai karsēšanai pie 200 grādiem koncentrētos sārmos:
Titāna sildītājs: 2. vai 7. pakāpes titāns bezgalīgi iztur 30% NaOH 200 grādu temperatūrā. Nav nepieciešams polimērs. Vidējas izmaksas (2–3 PFA). Labākā izvēle.
Nickel 200 vai Hastelloy C-276: arī pretoties karstiem sārmiem. Nedaudz zemākas izmaksas nekā titāna.
Ārējā apkure: Sildiet tvertni no ārpuses, izmantojot apvalku vai joslu sildītājus. PFA (vai PTFE) oderējums tvertnes iekšpusē nodrošina ķīmisko izturību; sildītājs nekad nesaskaras ar sārmu.
Zemāka temperatūra: darbojas 160 grādu 200 grādu vietā. Tikai PFA darbojas 160 grādos (dzīves ilgums ir 10+ gadi). Reakcijas ātrums var būt lēnāks, bet uzticamība ievērojami uzlabojas.
Lauka piemērs
Ķīmiskajā rūpnīcā bija nepieciešams 200 grādu 30% NaOH iegremdēšanas sildītājs. Viņi izmēģināja koekstrudētus PFA/PEEK sildītājus (PBI kaklasaites slānis). Visi atslāņojas 4 mēnešu laikā (≈1500 stundas). Iekārta pārgāja uz titāna 7. pakāpes sildītāju (3 mm apvalks, 6 kW). Titāna sildītājs ir darbojies 5 gadus bez apkopes. Izmaksas bija 3× PFA, bet kļūmju un dīkstāves novēršana samaksāja piemaksu 1 gada laikā.
Secinājums: PFA/PEEK atslāņojas karstā sārma servisā
Koekstrudēts PFA/PEEK divslāņu{0}}apvalks nevar izturēt nepārtrauktu 200 grādu iedarbību sārmainos šķīdumos (10–30% NaOH) bez atslāņošanās. CTE neatbilstība un piesaistes slāņa pasliktināšanās izraisa saskarnes kļūmi 100–1000 stundu laikā. PEEK pats noārdās karstos sārmos. Drošai 200 grādu sārmainai karsēšanai izmantojiet titāna vai niķeļa sildītāju – bez polimēra. Zemākai temperatūrai (mazākai vai vienādai ar 160 grādiem) pietiek tikai ar PFA. Nemēģiniet paplašināt PFA temperatūras diapazonu, atbalstot to ar PEEK. Saskarne neizdodas, tad PEEK degradējas. Tā ir zaudējoša kombinācija. Izmantojiet metālu, ejiet ārpus telpām vai pazeminiet temperatūru. Atslāņošanās nav risks – tā ir pārliecība. Izvairieties no dubultslāņa{19}}karstās sārmos. Titāns uzvar.
