PEEK (پلی اتر کتون) استحکام بسیار عالی در دمای{0}}بالا اما مقاومت ضعیف در برابر اسیدهای قوی دارد. PFA مقاومت شیمیایی بالاتری نسبت به اسیدها و بازها ایجاد می کند اما مقاومت مکانیکی بالای 180 درجه را از دست می دهد. هدف اکسترود دو لایه-لایه داخلی-PEEK برای استحکام و لایه بیرونی PFA برای مقاومت شیمیایی-ترکیب مزایا است. با این حال، در 200 درجه در محلول های قلیایی (به عنوان مثال، 10-30٪ NaOH، KOH)، رابط PFA/PEEK در عرض 100-500 ساعت به دلیل انبساط حرارتی تفاضلی و حمله قلیایی به لایه کراوات، لایه لایه می شود. عدم تطابق CTE شدید است: PEEK در 47 پی پی ام در درجه، PFA در 110-120 پی پی ام در درجه گسترش می یابد. در 200 درجه، تنش برشی در سطح مشترک از 5 تا 10 مگاپاسکال فراتر می رود که از چسبندگی لایه کراوات معمولی (3 تا 5 مگاپاسکال) فراتر می رود. بدون لایه اتصال موثر، لایه برداری به سرعت رخ می دهد. با یک لایه پیوندی با دمای بالا (به عنوان مثال، پلی اتریمید یا پلی بنزیمیدازول)، عمر به 1000 تا 2000 ساعت افزایش مییابد، اما همچنان زیر 5000 ساعت از کار میافتد. برای سرویس قلیایی 200 درجه مستمر، یک بخاری PEEK یکپارچه با یک پوشش نازک PFA (روکش شده، نه کواکسترود شده) قابل اعتمادتر است، یا به سادگی از یک بخاری فلزی (آلیاژ تیتانیوم یا نیکل) استفاده کنید.
چالش های رابط در 200 درجه
هم اکستروژن PFA و PEEK دشوار است زیرا دمای پردازش آنها متفاوت است (PFA 350-400 درجه، PEEK 380-420 درجه) و پلیمرهای ناسازگار هستند. یک لایه کراوات مورد نیاز است. لایه های کراوات معمولی شامل پلی اتریمید اصلاح شده (PEI) یا پلی بنزیمیدازول (PBI) است. در 200 درجه، لایه کراوات نرم می شود (PEI Tg ≈ 217 درجه، نزدیک به حد). در محلول های قلیایی، لایه کراوات هیدرولیز می شود. حتی بدون حمله شیمیایی، عدم تطابق CTE باعث ایجاد تنش برشی چرخه ای در طول چرخه حرارتی (دمای اتاق تا 200 درجه) می شود. PFA با خنک شدن 6 برابر بیشتر از PEEK کوچک می شود و از رابط دور می شود. پس از 100-500 چرخه، لایه برداری شروع می شود.
زمان لایه برداری در مقابل محیط (200 درجه)
| ساخت و ساز | لایه کراوات | محیط زیست | زمان تا لایه برداری (ساعت) | حالت شکست | برای 200 درجه قلیایی مناسب است؟ |
|---|---|---|---|---|---|
| PFA/PEEK کواکسترود شده است | هیچ (تماس مستقیم) | 20 درصد NaOH | 20–50 | جداسازی سطحی | خیر |
| PFA/PEEK کواکسترود شده است | PEI اصلاح شده (50 میکرومتر) | 20 درصد NaOH | 100–300 | هیدرولیز لایه کراوات | خیر |
| PFA/PEEK کواکسترود شده است | PBI (25 میکرومتر) | 20 درصد NaOH | 300–600 | تخریب PBI | حاشیه ای |
| PFA/PEEK کواکسترود شده است | PBI | 10٪ KOH | 500–1,000 | لایه لایه شدن آهسته | قابل قبول برای متناوب |
| PEEK با پوشش غوطه وری PFA (0.2 میلی متر) | هیچ (مکانیکی) | 20 درصد NaOH | 1,000–2,000 | سایش پوشش | قابل قبول |
| PEEK یکپارچه (بدون PFA) | N/A | 20 درصد NaOH | >10000 (حمله شیمیایی) | PEEK کاهش می یابد | خیر (مقاومت قلیایی ضعیف) |
| بخاری تیتانیومی | N/A | 20 درصد NaOH | >20,000 | هیچ کدام | بله (بهترین) |
مقاومت شیمیایی PEEK در محلول های قلیایی
خود PEEK فقط در برابر قلیاهای قوی در 200 درجه مقاومت مناسبی دارد. در 10-30٪ NaOH در 200 درجه، PEEK بعد از 2000 ساعت 20-30٪ از استحکام کششی خود را از دست می دهد و ترک های سطحی ایجاد می کند. بنابراین حتی اگر لایه لایه شدن رخ ندهد، لایه داخلی PEEK تخریب می شود. لایه دوگانه{11}}آسیبپذیری PEEK را حل نمیکند. تنها مزیت این است که لایه بیرونی PFA از PEEK در برابر تماس مستقیم محافظت می کند - اما PEEK همچنان قلیایی می بیند اگر PFA ترک بخورد یا نفوذ کند. در دمای 200 درجه، NaOH از طریق 1 میلیمتر PFA با 0.5-1.0 گرم بر متر مربع · روز نفوذ میکند و ظرف چند هفته به سطح مشترک PEEK میرسد.
داده های عملکرد عملی (200 درجه، 20٪ NaOH)
| مواد | حفظ استحکام کششی پس از 2000 ساعت (%) | وضعیت سطح | نرخ نفوذ OH- (نسبی) | حداکثر دمای توصیه شده |
|---|---|---|---|---|
| یکپارچه PFA | 85–90 | زرد شدن خفیف | 1.0x | 180 درجه |
| یکپارچه PEEK | 65–75 | دیوانگی سطحی | 5–10x | 200 درجه (عمر محدود) |
| PFA/PEEK coextruded (PBI Tie) | 70-80 (کلی) | لایه لایه شدن در رابط | 1.0x (از طریق PFA) | 190 درجه |
| PTFE (به عنوان مرجع) | 60–70 | تورم | 0.5x | 200 درجه (اما نرم) |
| تیتانیوم (درجه 2) | 100 (فلز) | منفعل شده | N/A | 200 درجه + |
راه حل های جایگزین برای گرمایش قلیایی 200 درجه
برای گرمایش مطمئن در 200 درجه در قلیاهای غلیظ:
بخاری تیتانیومی: تیتانیوم درجه 2 یا درجه 7 در برابر 30% NaOH در 200 درجه به طور نامحدود مقاومت می کند. بدون نیاز به پلیمر هزینه متوسط (2-3× PFA). بهترین انتخاب
Nickel 200 یا Hastelloy C-276: همچنین در برابر قلیایی های داغ مقاومت کنید. هزینه کمی کمتر از تیتانیوم.
گرمایش خارجی: مخزن را از بیرون با استفاده از یک ظرف روکش دار یا بخاری های نواری گرم کنید. پوشش PFA (یا PTFE) داخل مخزن مقاومت شیمیایی را کنترل می کند. بخاری هرگز با قلیایی تماس نمی گیرد.
دمای پایین تر: به جای 200 درجه در 160 درجه کار کنید. PFA به تنهایی در 160 درجه (10+ سال عمر) کار می کند. سرعت واکنش ممکن است کندتر باشد، اما قابلیت اطمینان به طور چشمگیری بهبود می یابد.
مثال میدانی
یک کارخانه شیمیایی به بخاری غوطه وری 200 درجه و 30 درصد NaOH نیاز داشت. آنها بخاری های PFA/PEEK هم اکسترود شده (لایه اتصال PBI) را امتحان کردند. همه در عرض 4 ماه (≈1500 ساعت) لایه لایه شدند. کارخانه به بخاری تیتانیوم درجه 7 (غلاف 3 میلی متر، 6 کیلو وات) تغییر مکان داد. بخاری تیتانیوم به مدت 5 سال بدون هیچ گونه تعمیر و نگهداری کار کرده است. هزینه 3× PFA بود، اما حذف خرابی ها و خرابی ها برای حق بیمه در عرض 1 سال پرداخت شد.
نتیجهگیری: لایهپوشهای PFA/PEEK در سرویس قلیایی داغ
یک غلاف دو لایه PFA/PEEK همزمان اکسترود شده نمیتواند در معرض 200 درجه مداوم در محلولهای قلیایی (10 تا 30 درصد NaOH) بدون لایهبرداری مقاومت کند. عدم تطابق CTE و تخریب لایه کراوات باعث خرابی رابط در عرض 100 تا 1000 ساعت می شود. PEEK خود در قلیاهای داغ تجزیه می شود. برای گرمایش قلیایی 200 درجه، از هیتر تیتانیوم یا نیکل استفاده کنید - بدون پلیمر. برای دمای کمتر (کمتر یا مساوی 160 درجه)، PFA به تنهایی کافی است. سعی نکنید محدوده دمای PFA را با پشتوانه کردن آن با PEEK افزایش دهید. رابط از کار می افتد، سپس PEEK کاهش می یابد. این یک ترکیب بازنده است. به فلز بروید، به بیرون بروید یا درجه حرارت را پایین بیاورید. لایه برداری یک خطر نیست - یک قطعیت است. از دو لایه{19}}در قلیایی داغ اجتناب کنید. تیتانیوم برنده می شود
