Le mystère du tube collant
Lors d'une inspection de routine, un technicien touche un tube d'échangeur de chaleur en PTFE et trouve la surface légèrement collante-pas la sensation lisse et antiadhésive-attendue du PTFE. Le pouvoir collant est uniforme sur toute la longueur du tube. Il ne s'efface pas avec un chiffon sec. L'eau ne l'enlève pas. Un chiffon à base de solvant (acétone) l'enlève temporairement, mais le caractère collant revient une fois le solvant évaporé.
Le caractère collant n’est pas une dégradation du PTFE. Le PTFE ne devient pas collant lorsqu'il se dégrade ;-il devient cassant, fissuré ou poudreux. Le caractère collant est un contaminant de surface -une fine couche de matière organique adsorbée sur la surface du PTFE. La matière organique peut provenir du fluide du procédé (additifs décomposés, huiles, plastifiants) ou de l'environnement (hydrocarbures en suspension dans l'air, huile de compresseur dans la vapeur).
Le mécanisme d’adsorption organique
Bien que le PTFE soit connu pour ses propriétés antiadhésives-, il n'est pas totalement à l'abri de toutes les formes de contamination de surface. Certains composés organiques-en particulier ceux avec de longues chaînes d'hydrocarbures, des cycles aromatiques ou des groupes fonctionnels polaires-peuvent être adsorbés sur la surface du PTFE grâce aux forces de Van der Waals. L’adsorption est faible par rapport à la liaison chimique sur les métaux, mais avec le temps, une fine pellicule peut s’accumuler.
Le film n'a que quelques couches moléculaires d'épaisseur -nanomètres, et non des micromètres. Il est invisible à l’œil nu mais peut être ressenti comme un changement dans le frottement de la surface. La sensation collante est le résultat du fait que le film organique a un coefficient de friction différent de celui de la surface propre en PTFE.
Les composés organiques peuvent provenir de la décomposition des additifs du procédé (azurants, agents mouillants, stabilisants) à la surface du tube chaud. Ils peuvent provenir de l'huile du système à vapeur-de l'huile du compresseur provenant des pompes à vapeur, des produits chimiques de traitement des chaudières ou des revêtements des pipelines. Ils peuvent provenir de l'atmosphère -vapeurs d'hydrocarbures provenant d'équipements à proximité, gaz d'échappement des véhicules aspirés par la ventilation du bâtiment.
| Test d'adhésivité | Trouver | Interprétation |
|---|---|---|
| Essuyage sec | Aucun changement | Le contaminant est adsorbé et non lâche |
| Rinçage à l'eau | Aucun changement | Le contaminant est insoluble dans l'eau- |
| Lingette à l'acétone | Adhérence supprimée temporairement | Le contaminant est soluble dans le solvant organique |
| Analyse FTIR des résidus de lingettes | Pics d’hydrocarbures | Le contaminant est organique |
| Comparaison avec un tube non exposé | Le tube non exposé n'est pas collant | Le contaminant provient de l'environnement de service |
La possibilité de résolution
Une cause moins courante mais plus grave de collant de surface est la solvatation partielle de la surface en PTFE. Certains solvants très pénétrants-en particulier à des températures élevées-peuvent diffuser sur une courte distance dans la surface du PTFE. Le solvant absorbé plastifie la couche de polymère la plus externe, lui donnant une sensation plus douce et légèrement collante. L'effet est réversible-lorsque le solvant est éliminé (par chauffage ou évaporation), le PTFE retrouve sa dureté normale.
Ce mécanisme nécessite un solvant ayant une certaine affinité pour le PTFE et une température suffisamment élevée pour accélérer la diffusion. Les solvants chlorés, certains solvants fluorés et certains hydrocarbures aromatiques à des températures supérieures à 100 degrés peuvent provoquer cet effet. Le diagnostic est confirmé par analyse FTIR de la surface du tube ou par chauffage d'un échantillon et analyse des gaz dégagés.
La réponse opérationnelle
Si le caractère collant provient de résidus organiques adsorbés, cela n’affecte pas le transfert de chaleur ni l’intégrité structurelle du tube. C'est une question cosmétique. Les résidus peuvent être éliminés par essuyage au solvant pendant l'entretien si vous le souhaitez. Pour éviter sa réapparition, il faut identifier et éliminer la source organique-améliorer la filtration du processus, changer l'élimination de l'huile du système de vapeur ou améliorer la ventilation.
Si le caractère collant est dû à une solvatation partielle, la chimie du procédé doit être revue. Le solvant provoquant la solvatation peut également provoquer un gonflement ou une perméation qui affecte les propriétés mécaniques à long terme. La température de fonctionnement devra peut-être être réduite, ou une qualité de PTFE différente avec une cristallinité plus élevée (perméabilité plus faible) peut être nécessaire.
Résumé
Le caractère collant de la surface des tubes d'échangeur de chaleur en PTFE est causé par des résidus organiques adsorbés par le fluide de traitement ou l'environnement, ou par une solvatation partielle provenant de solvants pénétrants. Un test d'essuyage au solvant et une analyse FTIR permettent d'en distinguer la cause. Les résidus adsorbés sont cosmétiques et n’affectent pas les performances. La résolution peut indiquer un problème de compatibilité nécessitant des modifications de processus ou de matériaux. La dégradation classique du PTFE ne l’est pas non plus, qui produit une fragilité et non un caractère collant.
Une assistance technique pour l’étude de l’état de surface du PTFE est disponible sur soumission d’échantillons de tubes, de la chimie du procédé, des détails du système de vapeur et de la température de fonctionnement.
