A comparação do polímero entre irmãos
PTFE e FEP são polímeros totalmente fluorados. Eles compartilham a mesma química de ligação de carbono-flúor que fornece resistência química quase{2}}universal. FEP-etileno propileno fluorado-é essencialmente um copolímero de tetrafluoroetileno e hexafluoropropileno, onde o comonômero HFP introduz ramificações laterais curtas de perfluorometil que reduzem a cristalinidade e permitem o processamento-de fusão.
Como ambos são perfluorados, sua resistência química a ácidos e álcalis individuais é comparável. Ambos são classificados para serviço em toda a faixa de pH. A diferença entre eles surge no serviço cíclico-onde o trocador de calor alterna entre exposição ácida e alcalina-por meio de suas diferentes respostas à permeação, ciclo térmico e estresse mecânico no ambiente químico alternado.
A diferença entre permeação e ciclagem química
O FEP tem uma cristalinidade menor que o PTFE-normalmente 40-50% versus 50-70%. As regiões amorfas em um polímero semicristalino possuem maior volume livre do que as regiões cristalinas. A permeação de moléculas pequenas ocorre predominantemente através da fase amorfa.
Quando o FEP é exposto a uma solução ácida, as moléculas de ácido penetram nas regiões amorfas. Quando o mesmo componente FEP é então exposto a uma solução alcalina, o ácido permeado reage com o álcali que entra dentro da matriz polimérica. A reação produz água e sal. A molécula de água, formada no espaço confinado do volume livre do polímero, expande-se à medida que vaporiza na temperatura operacional. A expansão cria pulsos de pressão microscópicos dentro do polímero.
Ao longo de muitos ciclos ácido-alcalinos, esses repetidos eventos de micro{1}}pressão causam uma forma de fadiga exclusiva do ciclo de permeação. Micro{3}}vazios crescem e se aglutinam nas regiões amorfas. As propriedades mecânicas do polímero,-particularmente o alongamento na ruptura,-declinam mais rapidamente do que seria previsto apenas pelo envelhecimento térmico.
O PTFE, com sua maior cristalinidade, possui menos volume livre amorfo para permeação. As moléculas ácidas e alcalinas penetram menos profundamente. O efeito da fadiga por permeação cíclica é correspondentemente reduzido. As propriedades mecânicas permanecem estáveis por um período mais longo sob exposição cíclica.
Tabela 1: Comparação de desempenho alcalino-de ácido cíclico (10% HCl / 10% NaOH alternado, 80 graus, ciclos de 1 hora)
| Parâmetro de desempenho | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| Cristalinidade (%) | 40-50 | 50-70 |
| Fração amorfa (%) | 50-60 | 30-50 |
| Taxa de permeação ácida (relativa) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Efeito de fadiga por permeação cíclica | Mensurável | Mínimo |
| Retenção da resistência à tração após 5.000 ciclos (%) | 70-85 | 90-95 |
| Retenção de alongamento após 5.000 ciclos (%) | 55-75 | 85-95 |
| Formação de micro-vazios | Detectado em regiões amorfas | Mínimo |
| Temperatura de serviço contínua (graus) | 204 | 260 |
| Processabilidade-de fusão | Sim (soldável) | Não |
| Custo relativo do material | 1.2-1.5× | 1.0× |
A vantagem da soldabilidade do FEP
FEP's one clear advantage over PTFE is melt-processability. FEP can be extruded, injection-molded, and-critically for heat exchanger fabrication-butt-welded. Welded FEP tube-to-header joints can be made with no mechanical fittings, no compression seals, and no crevices. This is a significant advantage in ultra-high-purity applications where mechanical fittings are contamination risks.
O PTFE não pode ser soldado-por fusão por métodos convencionais. As conexões de tubos dependem de acessórios de compressão, juntas alargadas ou conexões flangeadas. Essas juntas mecânicas são confiáveis, mas apresentam fendas e exigem re-torque periódico.
Para aplicações onde o número de ciclos ácido-alcalinos é moderado e a eliminação de acessórios mecânicos é uma prioridade mais alta do que a resistência à fadiga por permeação cíclica, o FEP pode ser preferido apesar de sua menor cristalinidade.
A diferença do teto de temperatura
A temperatura de serviço contínuo do FEP de 204 graus é adequada para a maioria dos processos químicos, mas fica aquém da classificação de 260 graus do PTFE. Em serviços de-ácido cíclico-alcalinos-de alta temperatura, como no aquecimento de reatores químicos, onde as temperaturas podem chegar a 200-220 graus, o PTFE fornece uma margem de segurança mais ampla.
Em temperaturas acima de 180 graus, a menor cristalinidade e a maior fração amorfa do FEP aceleram tanto a permeação quanto os efeitos mecânicos da exposição cíclica. A diferença de desempenho entre FEP e PTFE aumenta à medida que a temperatura aumenta.
Resumo
O PTFE supera o FEP em serviços de ácido cíclico-alcalino devido à sua maior cristalinidade, o que reduz a permeação na fase amorfa e minimiza a fadiga da permeação cíclica que degrada progressivamente as propriedades mecânicas do FEP. O PTFE retém 90-95% de sua resistência à tração após milhares de ciclos químicos, em comparação com 70-85% do FEP.
A soldabilidade do FEP oferece uma vantagem em aplicações de pureza ultra-alta-em que acessórios mecânicos são indesejáveis. Para serviços químicos cíclicos industriais dentro dos limites de temperatura da FEP, a escolha equilibra a durabilidade cíclica superior do PTFE com a flexibilidade de fabricação da FEP.
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