Producent części precyzyjnych zainstalował grzałkę zanurzeniową z PTFE w zbiorniku czyszczącym-na bazie rozpuszczalnika. Rozpuszczalnikiem był chlorowany węglowodór stosowany do usuwania olejów obróbkowych i pozostałości topnika. Grzejnik został oceniony pod kątem temperatury i gęstości watów. Awaria nastąpiła po trzech miesiącach-nie z powodu chemicznego ataku na PTFE, ale z powodu przenikania rozpuszczalnika, który uszkodził izolację MgO i spowodował zwarcie doziemne. Polimer był nienaruszony. Grzejnik nie był.
Płyny czyszczące na bazie rozpuszczalników-stanowią inne wyzwanie niż wodne środki chemiczne. Większość rozpuszczalników nie atakuje chemicznie PTFE, ale przenikają przez polimer łatwiej niż woda. Ich niska lepkość i wysoka dyfuzyjność pozwalają im szybciej wnikać w powłokę, docierając do izolacji MgO w ciągu miesięcy, a nie lat. Rezultatem jest szybki spadek rezystancji izolacji i ostateczna awaria elektryczna.
Dlaczego rozpuszczalniki przenikają PTFE szybciej niż woda
Permeacja jest procesem dyfuzji. Cząsteczki poruszają się po matrycy polimerowej, przeciskając się pomiędzy łańcuchami. Mniejsze cząsteczki dyfundują szybciej. Cząsteczki, które mają powinowactwo do polimeru-podobne parametry rozpuszczalności-również dyfundują szybciej.
Woda jest małą cząsteczką, ale jest polarna i ma niskie powinowactwo do niepolarnej matrycy PTFE. Przenika powoli. Większość rozpuszczalników organicznych jest niepolarna lub lekko polarna i mają większe powinowactwo do PTFE. Łatwiej rozpuszczają się w powierzchni polimeru i szybciej dyfundują przez matrycę.
Chlorowane rozpuszczalniki, takie jak chlorek metylenu, trichloroetylen i perchloroetylen, są szczególnie agresywnymi substancjami przenikającymi. Ich mały rozmiar molekularny i umiarkowane powinowactwo do PTFE pozwalają im przeniknąć przez osłonę w ciągu tygodni lub miesięcy.
| Typ rozpuszczalnika | Rozmiar molekularny | Powinowactwo do PTFE | Szybkość przenikania | Czas do awarii izolacji |
|---|---|---|---|---|
| Woda | Mały | Niski | Bardzo niski | 2–5 lat |
| Alkohole | Mały | Umiarkowany | Niski – umiarkowany | 1–3 lata |
| Ketony | Mały | Umiarkowany | Umiarkowany | 8–18 miesięcy |
| Chlorowane rozpuszczalniki | Mały | Umiarkowany – wysoki | Wysoki | 3–8 miesięcy |
| Rozpuszczalniki aromatyczne | Umiarkowany | Wysoki | Wysoki | 2–6 miesięcy |
| Węglowodory alifatyczne | Umiarkowany | Wysoki | Umiarkowany – wysoki | 4–12 miesięcy |
Szybkość przenikania rozpuszczalnika przez PTFE i ich wpływ na rezystancję izolacji
Wpływ temperatury na przenikanie rozpuszczalnika
Temperatura przyspiesza przenikanie rozpuszczalnika w taki sam sposób, w jaki przyspiesza przenikanie wody. Wzrost o każde 10 stopni w przybliżeniu podwaja szybkość dyfuzji. Rozpuszczalnik, którego penetracja powłoki w temperaturze 40 stopni zajmuje dwanaście miesięcy, może przeniknąć przez nią w ciągu sześciu miesięcy w temperaturze 50 stopni i trzech miesięcy w temperaturze 60 stopni.
Zbiorniki do czyszczenia rozpuszczalnikiem często działają w podwyższonych temperaturach, aby poprawić skuteczność czyszczenia. Zbiornik o temperaturze 60–70 stopni jest szczególnie wymagający dla grzałek zanurzeniowych PTFE, ponieważ połączenie wysokiej dyfuzyjności i podwyższonej temperatury przyspiesza przenikanie.
| Temperatura pracy | Względny współczynnik przenikania | Czas do awarii izolacji | Oczekiwany okres użytkowania |
|---|---|---|---|
| 30 stopni | 1× | 12–18 miesięcy | 2–3 lata |
| 40 stopni | 2× | 6–12 miesięcy | 1–2 lata |
| 50 stopni | 4× | 3–6 miesięcy | 6–12 miesięcy |
| 60 stopni | 8× | 6–12 tygodni | 3–6 miesięcy |
| 70 stopni | 16× | 3–6 tygodni | 4–8 tygodni |
Przenikanie rozpuszczalnika i żywotność w funkcji temperatury roboczej
Dlaczego przenikanie rozpuszczalników jest bardziej szkodliwe niż przenikanie wody
Przenikanie wody zmniejsza rezystancję izolacji, ale nie atakuje chemicznie MgO. Przenikanie rozpuszczalnika jest inne. Wiele rozpuszczalników organicznych reaguje z wypełniaczem MgO lub rozpuszcza je, tworząc ścieżki przewodzące i powodując korozję.
Chlorowane rozpuszczalniki mogą rozkładać się w podwyższonych temperaturach w kontakcie z MgO, uwalniając kwas solny. Kwas atakuje MgO i element oporowy, powodując szybką degradację. Grzejnik ulega uszkodzeniu od środka, mimo że osłona z PTFE wygląda na nienaruszoną.
Rozpuszczalnik docierający do MgO również stwarza ryzyko pożaru. Rozpuszczalniki organiczne są łatwopalne, a grzejnik, który wchłonął rozpuszczalnik do izolacji, może się zapalić w przypadku przegrzania elementu. Jest to kwestia bezpieczeństwa, ale także kwestia niezawodności.
Praktyczne wskazówki dotyczące obsługi rozpuszczalników
Grzejniki zanurzeniowe z PTFE nie nadają się do wszystkich zastosowań związanych z czyszczeniem na bazie rozpuszczalników. W przypadku rozpuszczalników o niskim współczynniku przenikania,-takich jak-mieszające się z wodą alkohole i łagodne ketony w umiarkowanych temperaturach-PTFE może być akceptowalny pod warunkiem uważnego monitorowania. W przypadku rozpuszczalników chlorowanych, rozpuszczalników aromatycznych i pracy w-wysokiej temperaturze nie zaleca się stosowania PTFE.
W takich zastosowaniach należy rozważyć materiały alternatywne. Kwarc jest odporny na większość rozpuszczalników i ma mniejszą przenikalność. Stal nierdzewna 316L jest odporna na wiele rozpuszczalników, ale może korodować w środowisku chlorowanym. Tytan jest odporny na większość rozpuszczalników, ale jest drogi.
| Typ rozpuszczalnika | Przydatność PTFE | Zalecana alternatywa | Notatki |
|---|---|---|---|
| Wodne środki czyszczące | Doskonały | - | PTFE jest idealny |
| alkohole,<50°C | Dobry | - | Monitoruj rezystancję izolacji |
| Ketony,<50°C | Umiarkowany | Kwarc | Krótszy okres użytkowania |
| Chlorowane rozpuszczalniki | Niezalecane | Kwarc, stal nierdzewna | Ryzyko pożaru, przenikanie |
| Rozpuszczalniki aromatyczne | Niezalecane | Kwarc, stal nierdzewna | Wysoka przepuszczalność |
| Węglowodory alifatyczne | Marginalny | Kwarc, stal nierdzewna | Umiarkowane przenikanie |
Przydatność PTFE i alternatywy dla płynów czyszczących na bazie rozpuszczalników-
Monitorowanie i konserwacja w serwisie rozpuszczalników
Jeśli PTFE jest używany w rozpuszczalnikach, niezbędne jest monitorowanie rezystancji izolacji. Comiesięczny test megaomomierzem ujawnia trend przenikania. Spadek o ponad 20% w stosunku do wartości wyjściowych wskazuje, że rozpuszczalnik osiąga MgO.
Obudowa terminala powinna być uszczelniona i wentylowana, aby zapobiec gromadzeniu się oparów rozpuszczalnika. Opary rozpuszczalników są cięższe od powietrza i mogą gromadzić się w-nisko położonych obudowach. Właściwy odpowietrznik lub odpowietrznik zmniejsza ryzyko przedostania się oparów i pożaru.
Regularne czyszczenie osłony usuwa pozostałości rozpuszczalników i osady, które mogą przyspieszać przenikanie. Wystarczająca jest miękka ściereczka i zgodny rozpuszczalnik. Czyszczenie ścierne uszkadza powierzchnię PTFE i tworzy miejsca zarodkowania umożliwiające dalszą penetrację.
Kiedy PTFE nie jest właściwym wyborem
PTFE nie jest właściwym wyborem do płynów czyszczących na bazie rozpuszczalników-w podwyższonych temperaturach, do rozpuszczalników chlorowanych lub aromatycznych ani do zastosowań, w których istnieje ryzyko pożaru. W takich przypadkach bardziej odpowiedni może być kwarc lub stal nierdzewna, w zależności od rozpuszczalnika i temperatury roboczej.
Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z grubszymi osłonami i uszczelnionymi obudowami zacisków wydłuża żywotność w przypadku stosowania łagodnych rozpuszczalników, ale nie jest w stanie pokonać podstawowych ograniczeń przenikania PTFE w agresywnych rozpuszczalnikach. Proces specyfikacji wymaga składu rozpuszczalnika, temperatury roboczej i historii przenikania poprzednich grzejników.
