La comparaison des polymères frères et sœurs
Le PTFE et le FEP sont tous deux des polymères entièrement fluorés. Ils partagent la même chimie de liaison carbone-fluor qui offre une résistance chimique quasi-universelle. Le FEP-éthylène-propylène fluoré-est essentiellement un copolymère de tétrafluoroéthylène et d'hexafluoropropylène, où le comonomère HFP introduit de courtes branches latérales perfluorométhyles qui réduisent la cristallinité et permettent le traitement par fusion-.
Parce que les deux sont perfluorés, leur résistance chimique aux acides et alcalis individuels est comparable. Les deux sont conçus pour fonctionner sur toute la plage de pH. La différence entre eux apparaît dans le service cyclique-où l'échangeur de chaleur alterne entre une exposition acide et alcaline-en raison de leurs différentes réponses à la perméation, aux cycles thermiques et aux contraintes mécaniques dans l'environnement chimique alternatif.
La différence entre la perméation et le cycle chimique
Le FEP a une cristallinité inférieure à celle du PTFE-généralement de 40-50 % contre 50 à 70 %. Les régions amorphes d'un polymère semi-cristallin ont un volume libre plus élevé que les régions cristallines. La perméation des petites molécules se produit principalement par la phase amorphe.
Lorsque le FEP est exposé à une solution acide, les molécules d'acide pénètrent dans les régions amorphes. Lorsque le même composant FEP est ensuite exposé à une solution alcaline, l’acide imprégné réagit avec l’alcali entrant à l’intérieur de la matrice polymère. La réaction produit de l'eau et du sel. La molécule d'eau, formée dans l'espace confiné du volume libre de polymère, se dilate en se vaporisant à la température de fonctionnement. L'expansion crée des impulsions de pression microscopiques au sein du polymère.
Sur de nombreux cycles acides-alcalins, ces événements de micro-pression répétés provoquent une forme de fatigue propre aux cycles de perméation. Les micro-vides se développent et fusionnent dans les régions amorphes. Les propriétés mécaniques du polymère-en particulier l'allongement à la rupture-diminuent plus rapidement que ne le laisserait prévoir le seul vieillissement thermique.
Le PTFE, avec sa cristallinité plus élevée, a moins de volume libre amorphe pour la perméation. Les molécules acides et alcalines pénètrent moins profondément. L'effet de fatigue par perméation cyclique est réduit en conséquence. Les propriétés mécaniques restent stables pendant une période plus longue sous exposition cyclique.
Tableau 1 : Comparaison des performances des acides cycliques-alcalins (10 % HCl / 10 % NaOH en alternance, 80 degrés, cycles d'une heure)
| Paramètre de performances | FEP | PTFE |
|---|---|---|
| Cristallinité (%) | 40-50 | 50-70 |
| Fraction amorphe (%) | 50-60 | 30-50 |
| Taux de perméation acide (relatif) | 1.5-2.0× | 1.0× |
| Effet de fatigue par perméation cyclique | Mesurable | Minimal |
| Rétention de la résistance à la traction après 5 000 cycles (%) | 70-85 | 90-95 |
| Rétention d'allongement après 5 000 cycles (%) | 55-75 | 85-95 |
| Formation de micro-vides | Détecté dans les régions amorphes | Minimal |
| Température de service continu (degré) | 204 | 260 |
| Fondre-traitabilité | Oui (soudable) | Non |
| Coût matériel relatif | 1.2-1.5× | 1.0× |
L'avantage de soudabilité du FEP
L'un des avantages évidents du FEP par rapport au PTFE est sa facilité de transformation en fusion. Le FEP peut être extrudé,-moulé par injection et-essentiellement pour la fabrication d'échangeurs de chaleur-soudé bout à bout-soudé. Les joints de tube FEP soudés-aux-collecteurs peuvent être réalisés sans raccords mécaniques, sans joints de compression et sans crevasses. Il s'agit d'un avantage significatif dans les applications d'ultra-haute-pureté où les raccords mécaniques présentent des risques de contamination.
Le PTFE ne peut pas être soudé par fusion-par des méthodes conventionnelles. Les connexions de tubes reposent sur des raccords à compression, des joints évasés ou des connexions à brides. Ces joints mécaniques sont fiables mais introduisent des crevasses et nécessitent un serrage périodique-.
Pour les applications où le nombre de cycles acide-alcalin est modéré et où l'élimination des raccords mécaniques est une priorité plus élevée que la résistance à la fatigue par perméation cyclique, le FEP peut être préféré malgré sa cristallinité plus faible.
La différence de plafond de température
La température de service continu du FEP de 204 degrés est adéquate pour la plupart des traitements chimiques, mais est inférieure à la température nominale de 260 degrés du PTFE. Dans les applications alcalines à haute température-acide cyclique-comme dans le chauffage de réacteurs chimiques où les températures peuvent atteindre 200-220 degrés, le PTFE offre une marge de sécurité plus large.
À des températures supérieures à 180 degrés, la cristallinité plus faible et la fraction amorphe plus élevée du FEP accélèrent à la fois la perméation et les effets mécaniques de l'exposition cyclique. L'écart de performances entre le FEP et le PTFE se creuse à mesure que la température augmente.
Résumé
Le PTFE surpasse le FEP en service acide cyclique-alcalin en raison de sa cristallinité plus élevée, ce qui réduit la perméation dans la phase amorphe et minimise la fatigue de perméation cyclique qui dégrade progressivement les propriétés mécaniques du FEP. Le PTFE conserve 90 à 95 % de sa résistance à la traction après des milliers de cycles chimiques, contre 70 à 85 % pour le FEP.
La soudabilité du FEP offre un avantage dans les applications d'ultra-haute-pureté où les raccords mécaniques ne sont pas souhaitables. Pour le service chimique cyclique industriel dans les limites de température du FEP, le choix équilibre la durabilité cyclique supérieure du PTFE et la flexibilité de fabrication du FEP.
L'analyse technique pour la sélection des fluoropolymères pour services chimiques cycliques est disponible sur soumission des concentrations d'acide et d'alcalin, de la fréquence et de la durée du cycle, de la température de fonctionnement, des exigences de pureté et des données actuelles sur la durée de vie de l'équipement.
