یک سازنده قطعات دقیق، یک بخاری غوطه‌وری PTFE را در یک مخزن تمیزکننده مبتنی بر حلال- نصب کرد. حلال یک هیدروکربن کلردار بود که برای حذف روغن های ماشین کاری و باقی مانده های شار استفاده می شد. بخاری برای دما و چگالی وات رتبه بندی شد. بعد از سه ماه{4}}نه به دلیل حمله شیمیایی به PTFE، بلکه به دلیل نفوذ حلال که عایق MgO را تخریب کرد و باعث خطای زمین شد، شکست خورد. پلیمر دست نخورده بود. بخاری نبود.
مایعات پاک کننده مبتنی بر حلال{0}}چالش متفاوتی نسبت به مواد شیمیایی آبی دارند. اکثر حلال ها به PTFE حمله شیمیایی نمی کنند، اما آنها راحت تر از آب در پلیمر نفوذ می کنند. ویسکوزیته کم و انتشار بالا به آنها اجازه می دهد تا سریعتر به غلاف نفوذ کنند و به عایق MgO در ماه ها می رسند تا سال ها. نتیجه کاهش سریع مقاومت عایق و در نهایت خرابی الکتریکی است.
چرا حلال ها در PTFE سریعتر از آب نفوذ می کنند؟
نفوذ یک فرآیند انتشار است. مولکول ها از طریق ماتریس پلیمری با فشردن بین زنجیره ها حرکت می کنند. مولکول های کوچکتر سریعتر پخش می شوند. مولکول هایی که میل ترکیبی با پلیمر دارند-پارامترهای حلالیت مشابه- نیز سریعتر منتشر می شوند.
آب یک مولکول کوچک است، اما قطبی است و میل ترکیبی کمی با ماتریس PTFE غیرقطبی دارد. به آرامی نفوذ می کند. اکثر حلال های آلی غیرقطبی یا قطبی خفیف هستند و میل ترکیبی بیشتری برای PTFE دارند. آنها به راحتی در سطح پلیمر حل می شوند و سریعتر در ماتریس پخش می شوند.
حلال‌های کلردار مانند متیلن کلرید، تری کلرواتیلن و پرکلرواتیلن از نفوذپذیرهای تهاجمی خاصی هستند. اندازه مولکولی کوچک و میل ترکیبی متوسط آنها به PTFE به آنها اجازه می دهد در هفته ها یا ماه ها به غلاف نفوذ کنند.
| نوع حلال | اندازه مولکولی | تمایل به PTFE | میزان نفوذ | زمان شکست عایق |
|---|---|---|---|---|
| آب | کوچک | پایین | خیلی کم | 2-5 سال |
| الکل ها | کوچک | متوسط | کم – متوسط | 1-3 سال |
| کتون ها | کوچک | متوسط | متوسط | 8-18 ماه |
| حلال های کلردار | کوچک | متوسط – زیاد | بالا | 3-8 ماه |
| حلال های معطر | متوسط | بالا | بالا | 2-6 ماه |
| هیدروکربن های آلیفاتیک | متوسط | بالا | متوسط – زیاد | 4-12 ماه |
نرخ نفوذ حلال از طریق PTFE و تأثیر آنها بر مقاومت عایق
تأثیر دما بر نفوذ حلال
دما به همان روشی که نفوذ آب را تسریع می کند، نفوذ حلال را تسریع می کند. هر 10 درجه افزایش تقریباً سرعت انتشار را دو برابر می کند. حلالی که دوازده ماه طول می کشد تا در دمای 40 درجه به غلاف نفوذ کند، ممکن است در 6 ماه در 50 درجه و سه ماه در 60 درجه به آن نفوذ کند.
مخازن تمیز کننده حلال اغلب در دماهای بالا کار می کنند تا کارایی تمیز کردن را بهبود بخشند. یک مخزن در دمای 60 تا 70 درجه مخصوصاً برای بخاری های غوطه وری PTFE نیاز است زیرا ترکیبی از انتشار بالا و دمای بالا باعث تسریع نفوذ می شود.
| دمای عملیاتی | نرخ نفوذ نسبی | زمان شکست عایق | عمر خدمات مورد انتظار |
|---|---|---|---|
| 30 درجه | 1× | 12-18 ماه | 2-3 سال |
| 40 درجه | 2× | 6-12 ماه | 1-2 سال |
| 50 درجه | 4× | 3-6 ماه | 6-12 ماه |
| 60 درجه | 8× | 6-12 هفته | 3-6 ماه |
| 70 درجه | 16× | 3-6 هفته | 4-8 هفته |
نفوذ حلال و عمر مفید به عنوان تابعی از دمای عملیاتی
چرا نفوذ حلال از نفوذ آب مضرتر است؟
نفوذ آب مقاومت عایق را کاهش می دهد اما از نظر شیمیایی به MgO حمله نمی کند. نفوذ حلال متفاوت است. بسیاری از حلال های آلی با پرکننده MgO واکنش می دهند یا آن را حل می کنند و مسیرهای رسانا و گونه های خورنده ایجاد می کنند.
حلال های کلردار می توانند در دمای بالا در تماس با MgO تجزیه شوند و اسید کلریدریک آزاد کنند. اسید به MgO و عنصر مقاومت حمله می کند و باعث تخریب سریع می شود. بخاری از داخل به بیرون خراب می شود، حتی اگر غلاف PTFE دست نخورده به نظر می رسد.
حلالی که به MgO می رسد نیز خطر آتش سوزی ایجاد می کند. حلال های آلی قابل اشتعال هستند و بخاری که حلال را به عایق خود جذب کرده است در صورت گرم شدن عنصر می تواند مشتعل شود. این یک نگرانی ایمنی و همچنین یک نگرانی قابلیت اطمینان است.
دستورالعمل های عملی برای سرویس حلال
بخاری های غوطه ور PTFE برای همه برنامه های تمیز کردن{0}} بر پایه حلال مناسب نیستند. برای حلال‌های با نرخ نفوذ پایین-مانند آب-الکل‌های قابل امتزاج و کتون‌های ملایم در دماهای متوسط{4}}PTFE ممکن است با نظارت دقیق قابل قبول باشد. برای حلال‌های کلردار، حلال‌های معطر، و عملکرد در دمای بالا، PTFE توصیه نمی‌شود.
در این کاربردها باید مواد جایگزین در نظر گرفته شود. کوارتز در برابر اکثر حلال ها مقاوم است و نفوذ کمتری دارد. فولاد ضد زنگ 316L در برابر بسیاری از حلال ها مقاوم است اما ممکن است در محیط های کلردار خورده شود. تیتانیوم در برابر اکثر حلال ها مقاوم است اما گران است.
| نوع حلال | مناسب بودن PTFE | جایگزین توصیه شده | یادداشت ها |
|---|---|---|---|
| پاک کننده های آبی | عالی | - | PTFE ایده آل است |
| الکل ها،<50°C | خوب | - | مانیتور کردن مقاومت عایق |
| کتون ها،<50°C | متوسط | کوارتز | عمر سرویس کوتاه تر |
| حلال های کلردار | توصیه نمی شود | کوارتز، فولاد ضد زنگ | خطر آتش سوزی، نفوذ |
| حلال های معطر | توصیه نمی شود | کوارتز، فولاد ضد زنگ | نفوذ بالا |
| هیدروکربن های آلیفاتیک | حاشیه ای | کوارتز، فولاد ضد زنگ | نفوذ متوسط |
مناسب بودن PTFE و جایگزین برای مایعات پاک کننده مبتنی بر حلال{0}}
نظارت و نگهداری در سرویس حلال
اگر از PTFE در سرویس حلال استفاده می شود، نظارت بر مقاومت عایق ضروری است. آزمایش مگاهم متر ماهانه روند نفوذ را نشان می دهد. کاهش بیش از 20٪ از سطح پایه نشان می دهد که حلال در حال رسیدن به MgO است.
محفظه ترمینال باید مهر و موم شده و هواکش شود تا از تجمع بخار حلال جلوگیری شود. بخارات حلال سنگین‌تر از هوا هستند و می‌توانند در محفظه‌های کم{1} انباشته شوند. دریچه یا تخلیه مناسب خطر ورود بخار و آتش سوزی را کاهش می دهد.
تمیز کردن منظم غلاف، باقیمانده‌های حلال و رسوباتی را که می‌توانند نفوذ را تسریع کنند، از بین می‌برد. یک پارچه نرم و یک حلال سازگار کافی است. تمیز کردن ساینده به سطح PTFE آسیب می رساند و مکان های هسته ای را برای نفوذ بیشتر ایجاد می کند.
وقتی PTFE انتخاب درستی نیست
PTFE برای مایعات تمیزکننده مبتنی بر حلال در دماهای بالا، برای حلال‌های کلردار یا معطر، یا برای کاربردهایی که خطر آتش‌سوزی نگران کننده است، انتخاب مناسبی نیست. در این موارد، بسته به حلال و دمای کار، کوارتز یا فولاد ضد زنگ ممکن است مناسب تر باشند.
پیکربندی سفارشی بخاری غوطه‌وری PTFE با غلاف‌های ضخیم‌تر و محفظه‌های ترمینال مهر و موم شده، عمر سرویس را در سرویس حلال ملایم افزایش می‌دهد، اما نمی‌تواند بر محدودیت‌های نفوذ اساسی PTFE در حلال‌های تهاجمی غلبه کند. فرآیند مشخصات به ترکیب حلال، دمای عملیاتی و تاریخچه نفوذ بخاری های قبلی نیاز دارد.
