고온-용제 과제
제약 합성, 특수 화학물질 생산 및 용매 회수 작업에서는 유기 용매를 150-200도까지 가열합니다. 이러한 온도에서 용매는 팽창, 침투 및 가소화를 통해 고분자 물질에 대해 공격적이 됩니다. 주변 온도에서 내화학성을 지닌 폴리머는 180도에서 부드러워지거나 부풀어오르거나 용해될 수 있습니다.
PEEK-폴리에테르에테르케톤-은 연속 사용 온도 250도와 탁월한 내화학성을 갖춘 고성능 열가소성 수지입니다. 이는 다른 폴리머가 사용할 수 없는 까다로운 항공우주, 석유 및 가스, 화학 처리 응용 분야에 사용됩니다. PTFE는 또한 거의-범용적인 내화학성을 갖춘 260도 연속 서비스 등급을 받았습니다.
뜨거운 용매 열 교환을 위한 이 두 가지 프리미엄 폴리머 사이의 선택은 상승된 온도에서 유기 용매 노출에 대한 근본적으로 다른 반응에 따라 달라집니다.
부기와 투과의 차이
유기 용매는 폴리머 사슬 사이의 자유 부피로 확산되어 폴리머에 침투합니다. 흡수 정도는 용매와 폴리머 사이의 용해도 매개변수 일치와 폴리머 구조의 자유 부피의 양에 따라 달라집니다.
PEEK는 견고한 방향족 골격을 가진 반{0}}결정질 폴리머입니다. 강성은 보다 유연한 폴리머에 비해 자유 부피를 제한하고 용매 흡수를 감소시킵니다. 150도 이하의 온도에서 대부분의 유기 용제에서 PEEK는 중량 기준으로 2% 미만의 용제를 흡수하고 기계적 특성을 잘 유지합니다.
150도 이상에서는 상황이 달라집니다. 증가된 열 에너지는 자유 부피를 확장합니다. 용매 분자가 더 깊게 침투합니다. 흡수가 증가합니다. 흡수된 용매는 폴리머를 가소화합니다.-용매 분자는 폴리머 사슬 사이의 내부 윤활제 역할을 하여 강도와 강성을 감소시킵니다. 120도에서 치수가 안정적이고 기계적으로 건전한 PEEK 부품은 동일한 용매 내에서 180도에서 팽창하고 부드러워질 수 있습니다.
PTFE는 다르게 반응합니다. 탄소-불소 결합은 응집 에너지 밀도가 매우 낮은 중합체를 생성합니다.-사슬 사이의 분자간 힘은 약합니다. 대부분의 폴리머에 흡수되는 용매는 PTFE에 대한 열역학적 인력을 거의 발견하지 못합니다. PTFE의 용해도 매개변수는 약 6.2(cal/cm3)^(1/2)로 대부분의 유기 용매와는 거리가 멀습니다. 높은 온도에서도 흡수가 최소화됩니다.
표 1: 180도에서 유기 용매 노출 시 PTFE와 PEEK 비교
| 성능 매개변수 | 몰래 엿보다 | PTFE |
|---|---|---|
| 유리전이온도(도) | 143 | 115 (단, 결정성이 높아 크게 연화되지 않음) |
| 연속사용온도(도) | 250 | 260 |
| 180도(%)에서 톨루엔의 용매 흡수 | 3-8 | < 0.5 |
| 180도에서 DMF의 용매 흡수(%) | 5-12 | < 0.5 |
| 180도 용매에서 1,000시간 후 인장강도 유지율(%) | 60-80(용매에 따라 다름) | > 90 |
| 180도에서 용매의 치수 변화(%) | 1~5(붓기) | < 0.5 |
| 투과율(상대) | 보통의 | 매우 낮음 |
| 응력 균열 감수성 | 보통(공격적인 용매에서) | 없음 |
| 부하가 걸린 상태에서 180도에서 크리프 저항 | 좋은 | 보통(변형된 PTFE 사용) |
스트레스 해소의 구별
PEEK는 고온에서 특정 유기 용매의 환경적 응력 균열에 취약합니다. 응력을 받은 PEEK 구성요소가 폴리머에 어느 정도 친화력이 있는 용제에 노출되면 용제 분자는 응력 집중-표면 결함, 기계 가공 흔적 또는 클램프 지점에 집중됩니다. 국부적인 가소화는 재료를 통해 천천히 전파되는 미세-균열을 시작합니다.
민감성은 특정 용매, 응력 수준 및 온도에 따라 달라집니다. 새로운 또는 혼합 용매 제제를 예측하는 것은 어렵습니다. 테스트 환경에서 완벽하게 작동하는 열교환기는 소량의 용매 불순물이나 약간 다른 작동 온도로 인해 생산이 조기에 실패할 수 있습니다.
PTFE는 유기 용매에 대한 환경적 응력 균열 민감성이 알려진 바 없습니다. 탄소-불소 결합은 용매 분자가 파괴하기에는 너무 강합니다. 재료의 응집력 에너지 밀도가 낮다는 것은 약간만 흡수하는 용제라도 응력 지점에 충분히 집중되어 균열을 일으킬 수 없다는 것을 의미합니다.
크리프 경계와 압력 경계의 절충-
PEEK의 장점은 크리프 저항성입니다. PEEK의 견고한 방향족 백본은 동일한 온도에서 PTFE보다 하중을 받을 때 크리프에 대한 더 나은 저항성을 제공합니다. 180도의 내부 증기 압력을 받는 PEEK 튜브는 동일한 조건에서 PTFE 튜브보다 더 천천히 움직입니다.
변성 PTFE는 측면-분지 공단량체를 사용하여 이러한 격차를 상당 부분 해소합니다. 180도 및 적당한 증기 압력(2~4 barg)에서 수정된 PTFE는 5~10년 서비스에 적합한 크리프 수명을 제공합니다. 180도에서 더 높은 증기압이 필요한 응용 분야의 경우 PEEK의 뛰어난 크리프 저항성은 더 높은 재료 비용과 더 제한된 용매 호환성을 정당화할 수 있습니다.
요약
PTFE는 용매 팽창, 침투 및 응력 균열이 주요 문제인 150도 이상의 뜨거운 유기 용매 서비스에서 PEEK보다 성능이 뛰어납니다. PTFE의 낮은 용해도 매개변수와 강력한 CF-F 결합은 거의 -0에 가까운 용매 흡수 및 응력 균열에 대한 내성을 제공합니다. PEEK는 고온에서 특정 용제에서 부풀어 오르고 환경 응력 균열에 취약합니다.
PEEK의 장점은 우수한 내크리프성인데, 이는 고압 증기 응용 분야에서 결정적인 역할을 할 수 있습니다.- PTFE의 압력 한계 내에서 대부분의 유기 용제 가열 작업에 대해 PTFE는 더 넓은 화학적 호환성을 제공하고 응력 균열 위험이 없습니다.
뜨거운 용매 열 교환기 폴리머 선택을 위한 엔지니어링 분석은 용매 ID 및 농도, 작동 온도 및 압력, 열부하, 이전 폴리머 호환성 테스트 결과를 제출하면 제공됩니다.
