Một nhà sản xuất các bộ phận chính xác đã lắp đặt bộ gia nhiệt ngâm PTFE trong bể làm sạch-dung môi. Dung môi là hydrocacbon clo hóa được sử dụng để loại bỏ dầu gia công và cặn trợ dung. Máy sưởi được đánh giá về nhiệt độ và mật độ watt. Nó hỏng sau ba tháng-không phải do tấn công hóa học vào PTFE mà do sự thẩm thấu của dung môi làm xuống cấp lớp cách điện MgO và gây ra sự cố nối đất. Polyme còn nguyên vẹn. Máy sưởi thì không.
Chất lỏng làm sạch dựa trên dung môi-có một thách thức khác so với các chất hóa học chứa nước. Hầu hết các dung môi không tấn công PTFE về mặt hóa học nhưng chúng thấm vào polyme dễ dàng hơn nước. Độ nhớt thấp và độ khuếch tán cao cho phép chúng thâm nhập vào vỏ bọc nhanh hơn, đạt đến lớp cách nhiệt MgO trong vài tháng thay vì nhiều năm. Kết quả là điện trở cách điện giảm nhanh chóng và cuối cùng là sự cố về điện.
Tại sao dung môi thấm vào PTFE nhanh hơn nước
Thẩm thấu là một quá trình khuếch tán. Các phân tử di chuyển qua ma trận polymer bằng cách ép giữa các chuỗi. Các phân tử nhỏ hơn khuếch tán nhanh hơn. Các phân tử có ái lực với-các thông số hòa tan tương tự-của polyme cũng khuếch tán nhanh hơn.
Nước là một phân tử nhỏ, nhưng có tính phân cực và có ái lực thấp đối với ma trận PTFE không phân cực. Nó thấm từ từ. Hầu hết các dung môi hữu cơ đều không phân cực hoặc phân cực nhẹ và chúng có ái lực cao hơn với PTFE. Chúng hòa tan vào bề mặt polymer dễ dàng hơn và khuếch tán qua nền nhanh hơn.
Các dung môi clo hóa như methylene chloride, trichloroethylene và perchloroethylene là những chất thấm đặc biệt mạnh. Kích thước phân tử nhỏ và ái lực vừa phải của chúng với PTFE cho phép chúng xuyên qua lớp vỏ trong vài tuần hoặc vài tháng.
| Loại dung môi | Kích thước phân tử | Mối quan hệ với PTFE | Tỷ lệ thẩm thấu | Thời gian hư hỏng cách nhiệt |
|---|---|---|---|---|
| Nước | Bé nhỏ | Thấp | Rất thấp | 2–5 năm |
| Rượu | Bé nhỏ | Vừa phải | Thấp–Trung bình | 1–3 năm |
| xeton | Bé nhỏ | Vừa phải | Vừa phải | 8–18 tháng |
| Dung môi clo hóa | Bé nhỏ | Trung bình-Cao | Cao | 3–8 tháng |
| Dung môi thơm | Vừa phải | Cao | Cao | 2–6 tháng |
| Hydrocacbon béo | Vừa phải | Cao | Trung bình-Cao | 4–12 tháng |
Tốc độ thấm dung môi qua PTFE và ảnh hưởng của chúng đến khả năng cách điện
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thẩm thấu dung môi
Nhiệt độ làm tăng tốc độ thẩm thấu của dung môi giống như cách tăng tốc độ thẩm thấu của nước. Cứ tăng 10 độ thì tốc độ khuếch tán sẽ tăng gấp đôi. Một dung môi cần mười hai tháng để thấm qua vỏ bọc ở nhiệt độ 40 độ thì có thể thấm vào vỏ bọc đó trong sáu tháng ở nhiệt độ 50 độ và ba tháng ở nhiệt độ 60 độ.
Bể làm sạch dung môi thường hoạt động ở nhiệt độ cao để nâng cao hiệu quả làm sạch. Bể chứa ở nhiệt độ 60–70 độ đặc biệt yêu cầu các bộ gia nhiệt ngâm PTFE vì sự kết hợp giữa độ khuếch tán cao và nhiệt độ tăng cao sẽ đẩy nhanh quá trình thẩm thấu.
| Nhiệt độ hoạt động | Tỷ lệ thẩm thấu tương đối | Thời gian hư hỏng cách nhiệt | Tuổi thọ sử dụng dự kiến |
|---|---|---|---|
| 30 độ | 1× | 12–18 tháng | 2–3 năm |
| 40 độ | 2× | 6–12 tháng | 1–2 năm |
| 50 độ | 4× | 3–6 tháng | 6–12 tháng |
| 60 độ | 8× | 6–12 tuần | 3–6 tháng |
| 70 độ | 16× | 3–6 tuần | 4–8 tuần |
Độ thẩm thấu dung môi và tuổi thọ sử dụng phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành
Tại sao sự thẩm thấu dung môi lại có hại hơn sự thẩm thấu nước
Sự thấm nước làm giảm điện trở cách điện nhưng không tấn công hóa học MgO. Sự thấm dung môi là khác nhau. Nhiều dung môi hữu cơ phản ứng với hoặc hòa tan chất độn MgO, tạo ra các con đường dẫn điện và các chất ăn mòn.
Dung môi clo hóa có thể phân hủy ở nhiệt độ cao khi tiếp xúc với MgO, giải phóng axit clohydric. Axit tấn công MgO và phần tử kháng, gây ra sự phân hủy nhanh chóng. Bộ gia nhiệt bị hỏng từ trong ra ngoài, mặc dù vỏ bọc PTFE có vẻ còn nguyên vẹn.
Dung môi đạt tới MgO cũng gây nguy cơ cháy. Dung môi hữu cơ dễ cháy và lò sưởi đã hấp thụ dung môi vào lớp cách nhiệt của nó có thể bốc cháy nếu phần tử quá nóng. Đây là mối quan tâm về an toàn cũng như mối quan tâm về độ tin cậy.
Hướng dẫn thực hành cho dịch vụ dung môi
Lò sưởi ngâm PTFE không phù hợp với tất cả các ứng dụng làm sạch dựa trên dung môi-. Đối với các dung môi có tốc độ thẩm thấu thấp-chẳng hạn như nước-cồn có thể trộn được và xeton nhẹ ở nhiệt độ vừa phải-PTFE có thể được chấp nhận nếu được giám sát cẩn thận. Đối với dung môi clo hóa, dung môi thơm và hoạt động ở nhiệt độ-cao, không nên dùng PTFE.
Trong các ứng dụng này, các vật liệu thay thế nên được xem xét. Thạch anh có khả năng chống lại hầu hết các dung môi và có độ thẩm thấu thấp hơn. Thép không gỉ 316L có khả năng chống lại nhiều dung môi nhưng có thể bị ăn mòn trong môi trường clo hóa. Titan có khả năng chống lại hầu hết các dung môi nhưng đắt tiền.
| Loại dung môi | Sự phù hợp của PTFE | Giải pháp thay thế được đề xuất | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Chất tẩy rửa dạng nước | Xuất sắc | - | PTFE là lý tưởng |
| Rượu,<50°C | Tốt | - | Theo dõi điện trở cách điện |
| xeton,<50°C | Vừa phải | Thạch anh | Tuổi thọ phục vụ ngắn hơn |
| Dung môi clo hóa | Không được đề xuất | Thạch anh, thép không gỉ | Nguy cơ cháy, thẩm thấu |
| Dung môi thơm | Không được đề xuất | Thạch anh, thép không gỉ | Độ thẩm thấu cao |
| Hydrocacbon béo | cận biên | Thạch anh, thép không gỉ | Thẩm thấu vừa phải |
Sự phù hợp của PTFE và các lựa chọn thay thế cho chất lỏng làm sạch dựa trên dung môi-
Giám sát và bảo trì trong dịch vụ dung môi
Nếu PTFE được sử dụng trong dịch vụ dung môi thì việc giám sát điện trở cách điện là cần thiết. Kiểm tra megohm kế hàng tháng cho thấy xu hướng thẩm thấu. Mức giảm hơn 20% so với mức cơ bản cho thấy dung môi đang đạt tới MgO.
Vỏ thiết bị đầu cuối phải được bịt kín và thông hơi để ngăn hơi dung môi tích tụ. Hơi dung môi nặng hơn không khí và có thể tích tụ trong các khu vực-thấp. Một lỗ thông hơi hoặc thanh lọc thích hợp sẽ làm giảm nguy cơ hơi nước xâm nhập và cháy.
Việc vệ sinh vỏ bọc thường xuyên sẽ loại bỏ cặn dung môi và cặn lắng có thể đẩy nhanh quá trình thẩm thấu. Một miếng vải mềm và dung môi tương thích là đủ. Việc làm sạch bằng mài mòn sẽ làm hỏng bề mặt PTFE và tạo ra các vị trí tạo mầm để thấm sâu hơn.
Khi PTFE không phải là lựa chọn đúng đắn
PTFE không phải là lựa chọn phù hợp cho chất lỏng làm sạch gốc dung môi-ở nhiệt độ cao, dung môi clo hoặc chất thơm hoặc cho các ứng dụng có nguy cơ cháy nổ. Trong những trường hợp này, thạch anh hoặc thép không gỉ có thể phù hợp hơn, tùy thuộc vào dung môi và nhiệt độ vận hành.
Cấu hình lò sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh với vỏ bọc dày hơn và vỏ thiết bị đầu cuối bịt kín giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng trong môi trường dung môi nhẹ, nhưng nó không thể khắc phục các hạn chế thẩm thấu cơ bản của PTFE trong các dung môi mạnh. Quá trình đặc tả yêu cầu thành phần dung môi, nhiệt độ vận hành và lịch sử thẩm thấu của các bộ gia nhiệt trước đó.
