Un fabricant de pièces de précision a installé un thermoplongeur en PTFE dans un réservoir de nettoyage à base de solvant-. Le solvant était un hydrocarbure chloré utilisé pour éliminer les huiles d’usinage et les résidus de flux. Le radiateur a été évalué pour la température et la densité en watts. Il est tombé en panne au bout de trois mois-non pas à cause d'une attaque chimique sur le PTFE, mais à cause d'une perméation de solvant qui a dégradé l'isolation en MgO et provoqué un défaut à la terre. Le polymère était intact. Le chauffage ne l'était pas.
Les liquides de nettoyage à base de solvants-présentent un défi différent de celui des produits chimiques aqueux. La plupart des solvants n’attaquent pas chimiquement le PTFE, mais ils pénètrent plus facilement dans le polymère que l’eau. Leur faible viscosité et leur diffusivité élevée leur permettent de pénétrer plus rapidement dans la gaine, atteignant l'isolation MgO en quelques mois plutôt qu'en années. Le résultat est une diminution rapide de la résistance d’isolement et une éventuelle panne électrique.
Pourquoi les solvants imprègnent le PTFE plus rapidement que l'eau
La perméation est un processus de diffusion. Les molécules se déplacent à travers la matrice polymère en se pressant entre les chaînes. Les molécules plus petites diffusent plus rapidement. Les molécules qui ont une affinité pour les paramètres de solubilité similaires du polymère -- diffusent également plus rapidement.
L'eau est une petite molécule, mais elle est polaire et a une faible affinité pour la matrice PTFE apolaire. Cela s’infiltre lentement. La plupart des solvants organiques sont non polaires ou légèrement polaires et ont une plus grande affinité pour le PTFE. Ils se dissolvent plus facilement dans la surface du polymère et diffusent plus rapidement à travers la matrice.
Les solvants chlorés tels que le chlorure de méthylène, le trichloréthylène et le perchloroéthylène sont des perméants particulièrement agressifs. Leur petite taille moléculaire et leur affinité modérée pour le PTFE leur permettent de pénétrer dans la gaine en quelques semaines ou mois.
| Type de solvant | Taille moléculaire | Affinité pour le PTFE | Taux de perméation | Délai jusqu'à la défaillance de l'isolation |
|---|---|---|---|---|
| Eau | Petit | Faible | Très faible | 2 à 5 ans |
| Alcools | Petit | Modéré | Faible à modéré | 1 à 3 ans |
| Cétones | Petit | Modéré | Modéré | 8 à 18 mois |
| Solvants chlorés | Petit | Modéré à élevé | Haut | 3 à 8 mois |
| Solvants aromatiques | Modéré | Haut | Haut | 2 à 6 mois |
| Hydrocarbures aliphatiques | Modéré | Haut | Modéré à élevé | 4 à 12 mois |
Taux de perméation des solvants à travers le PTFE et leur effet sur la résistance d'isolation
L'effet de la température sur la perméation des solvants
La température accélère la perméation des solvants de la même manière qu’elle accélère la perméation de l’eau. Chaque augmentation de 10 degrés double environ le taux de diffusion. Un solvant qui met douze mois à pénétrer dans une gaine à 40 degrés peut y pénétrer en six mois à 50 degrés et trois mois à 60 degrés.
Les réservoirs de solvants de nettoyage fonctionnent souvent à des températures élevées pour améliorer l’efficacité du nettoyage. Un réservoir à 60-70 degrés est particulièrement exigeant pour les thermoplongeurs en PTFE car la combinaison d'une diffusivité élevée et d'une température élevée accélère la perméation.
| Température de fonctionnement | Taux de perméation relatif | Délai jusqu'à la défaillance de l'isolation | Durée de vie prévue |
|---|---|---|---|
| 30 degrés | 1× | 12 à 18 mois | 2 à 3 ans |
| 40 degrés | 2× | 6 à 12 mois | 1 à 2 ans |
| 50 degrés | 4× | 3 à 6 mois | 6 à 12 mois |
| 60 degrés | 8× | 6 à 12 semaines | 3 à 6 mois |
| 70 degrés | 16× | 3 à 6 semaines | 4 à 8 semaines |
Perméation des solvants et durée de vie en fonction de la température de fonctionnement
Pourquoi la perméation des solvants est plus dommageable que la perméation de l'eau
La perméation de l'eau réduit la résistance d'isolation mais n'attaque pas chimiquement le MgO. La perméation des solvants est différente. De nombreux solvants organiques réagissent avec ou dissolvent la charge MgO, créant des voies conductrices et des espèces corrosives.
Les solvants chlorés peuvent se décomposer à des températures élevées au contact du MgO, libérant de l'acide chlorhydrique. L'acide attaque le MgO et l'élément de résistance, provoquant une dégradation rapide. Le radiateur tombe en panne de l’intérieur vers l’extérieur, même si la gaine PTFE semble intacte.
Le solvant qui atteint le MgO crée également un risque d'incendie. Les solvants organiques sont inflammables et un appareil de chauffage qui a absorbé du solvant dans son isolation peut s'enflammer si l'élément surchauffe. Il s’agit d’un problème de sécurité ainsi que d’un problème de fiabilité.
Directives pratiques pour le service des solvants
Les thermoplongeurs en PTFE ne conviennent pas à toutes les applications de nettoyage à base de solvants-. Pour les solvants à faible taux de perméation-tels que l'eau-alcools miscibles et cétones douces à températures modérées-le PTFE peut être acceptable sous réserve d'une surveillance attentive. Pour les solvants chlorés, les solvants aromatiques et les opérations à haute -température, le PTFE n'est pas recommandé.
Dans ces applications, des matériaux alternatifs doivent être envisagés. Le quartz résiste à la plupart des solvants et a une faible perméation. L'acier inoxydable 316L résiste à de nombreux solvants mais peut se corroder dans les environnements chlorés. Le titane résiste à la plupart des solvants mais coûte cher.
| Type de solvant | Adéquation du PTFE | Alternative recommandée | Remarques |
|---|---|---|---|
| Nettoyants aqueux | Excellent | - | Le PTFE est idéal |
| Alcools,<50°C | Bien | - | Surveiller la résistance d’isolement |
| les cétones,<50°C | Modéré | Quartz | Durée de vie plus courte |
| Solvants chlorés | Non recommandé | Quartz, acier inoxydable | Risque d'incendie, perméation |
| Solvants aromatiques | Non recommandé | Quartz, acier inoxydable | Haute perméation |
| Hydrocarbures aliphatiques | Marginal | Quartz, acier inoxydable | Perméation modérée |
Adéquation du PTFE et alternatives pour les liquides de nettoyage à base de solvants-
Surveillance et maintenance en service solvant
Si le PTFE est utilisé en service avec solvant, la surveillance de la résistance d'isolement est essentielle. Un test mensuel au mégohmmètre révèle la tendance de perméation. Une baisse de plus de 20 % par rapport à la ligne de base indique que le solvant atteint le MgO.
Le boîtier du terminal doit être scellé et ventilé pour empêcher les vapeurs de solvant de s'accumuler. Les vapeurs de solvants sont plus lourdes que l'air et peuvent s'accumuler dans les enceintes basses-. Une ventilation ou une purge appropriée réduit le risque de pénétration de vapeur et d'incendie.
Un nettoyage régulier de la gaine élimine les résidus de solvants et les dépôts pouvant accélérer la perméation. Un chiffon doux et un solvant compatible suffisent. Le nettoyage abrasif endommage la surface du PTFE et crée des sites de nucléation pour une perméation ultérieure.
Quand le PTFE n’est pas le bon choix
Le PTFE n'est pas le bon choix pour les liquides de nettoyage à base de solvants-à températures élevées, pour les solvants chlorés ou aromatiques, ou pour les applications où le risque d'incendie est un problème. Dans ces cas, le quartz ou l'acier inoxydable peuvent être plus adaptés, en fonction du solvant et de la température de fonctionnement.
Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec des gaines plus épaisses et des boîtiers de bornes scellés prolonge la durée de vie en service avec des solvants doux, mais elle ne peut pas surmonter les limitations fondamentales de perméation du PTFE dans les solvants agressifs. Le processus de spécification nécessite la composition du solvant, la température de fonctionnement et l'historique de perméation des appareils de chauffage précédents.
