(vedi anche le specifiche del polimero® PTFE e del polimero® FEP e PFA) Le proprietà meccaniche del PTFE sono basse rispetto ad altre plastiche, ma le sue proprietà rimangono a un livello utile in un ampio intervallo di temperature da -100°F a +400°F (- da 73°C a 204°C).
Proprietà tipiche delle resine fluoropolimeriche polimeriche® PTFE
Resistenza alla temperatura
Temperature superiori a 77°C non sono favorevoli per i componenti della maggior parte degli elastomeri e delle materie plastiche, mentre il PTFE resiste a temperature fino a 260°C.Anche al di sotto dei 77°C, se si combinano acidi corrosivi per i metalli e solventi organici, i rivestimenti e i componenti in PTFE sono spesso preferiti perché gli elastomeri e altre plastiche spesso non hanno resistenza al rigonfiamento e al rammollimento dei solventi.
Inerzia chimica
Per inerzia chimica intendiamo che le resine fluorocarburiche PTFE possono essere in continuo contatto con un'altra sostanza senza che abbia luogo alcuna reazione chimica rilevabile.In generale, le resine fluorocarburiche PTFE sono chimicamente inerti.Tuttavia, questa affermazione, come tutte le generalizzazioni, deve essere qualificata se vuole essere perfettamente accurata.La qualificazione non creerà tuttavia confusione se si tengono presenti i fatti fondamentali sul comportamento delle resine PTFE.
La consueta descrizione riepilogativa dei vari dati di test può essere fuorviante, poiché potrebbe raggruppare tipi fondamentalmente diversi di comportamento “chimico”.Per essere chiara la descrizione deve distinguere tra reazioni strettamente chimiche e azioni fisiche come l'assorbimento.La descrizione deve consentire all'utente di tenere conto delle interrelazioni tra le proprietà fisiche e chimiche che possono influenzare una particolare applicazione.
Ad esempio, le resine PTFE non saranno influenzate dall'immersione in acqua regia.Tuttavia, se la temperatura e la pressione risultante di questo reagente diventano elevate, aumenterà anche l'assorbimento dei componenti del reagente nella resina.Successive fluttuazioni, come improvvise perdite di pressione, possono poi essere fisicamente dannose a causa dell'espansione dei vapori assorbiti nella resina.Ovviamente, quindi, quando parliamo delle proprietà chimiche del PTFE dobbiamo distinguere tra reazioni strettamente chimiche, come abbiamo espresso in termini di “Compatibilità chimica” e azioni fisiche, come “assorbimento” combinato con stress meccanici e termici.
A temperature di utilizzo normali, le resine PTFE vengono attaccate da così poche sostanze chimiche anziché elencare le sostanze chimiche con cui sono compatibili.Questi reagenti sono tra gli ossidanti e gli agenti riducenti più violenti conosciuti.Il sodio elementare a stretto contatto con i fluorocarburi rimuove il fluoro dalla molecola polimerica.Questa reazione è ampiamente utilizzata nelle soluzioni anidra per incidere le superfici del PTFE in modo che le resine possano essere incollate.Gli altri metalli alcalini (potassio, litio, ecc.) reagiscono in modo simile.
In alcuni casi alla o vicino alla temperatura limite di servizio suggerita di 260°C per TFE e PFA e di 204°C per FEP, alcune sostanze chimiche ad alte concentrazioni sono state segnalate reattive verso il PTFE.Un attacco simile all'attacco del sodio è stato prodotto a temperature così elevate da NaOH o KOH all'80%, idruri metallici come borani (ad esempio B2H6), cloruro di alluminio, ammoniaca (NH3) e alcune ammine (R-NH2) e immine ( R = NH).Inoltre, è stato osservato un lento attacco ossidativo da parte dell'acido nitrico al 70% sotto pressione a 250°C.Sono necessari test speciali quando ci si avvicina a condizioni estreme di riduzione o ossidazione.
Assorbimento
A differenza dei metalli, la plastica e gli elastomeri assorbono quantità variabili dei materiali con cui entrano in contatto, in particolare i liquidi organici.L'assorbimento del PTFE è insolitamente basso e una reazione chimica tra la plastica e le altre sostanze è una rarità (con le poche eccezioni menzionate in precedenza).Tuttavia, quando l'assorbimento è combinato con altri effetti, questa proprietà può influenzare la funzionalità di queste resine in un particolare ambiente chimico.Ad esempio, se si verificano rapide fluttuazioni della temperatura o della pressione, possono crearsi circostanze fisicamente dannose.L'ampio intervallo di temperature di servizio delle resine PTFE le espone a questo tipo di danni fisici più frequentemente rispetto ad altre plastiche.
A titolo esplicativo, consideriamo il test del “ciclo del vapore” descritto negli standard ATSM* per tubi rivestiti.I campioni di tubi rivestiti sono sottoposti a vapore a 0,8 MPa (125 psi), alternato ad acqua fredda a bassa pressione, causando fluttuazioni termiche e di pressione davvero molto severe.Questo viene ripetuto per 100 cicli.Il vapore crea un gradiente di pressione e temperatura attraverso il rivestimento provocando l'assorbimento di una piccola quantità di vapore che si condensa in acqua all'interno della parete del rivestimento.Al rilascio della pressione o alla reintroduzione del vapore, l'acqua intrappolata può espandersi in vapore provocando un microporo originale.La pressione ripetuta e il ciclo termico dilatano i micropori, causando infine bolle visibili piene d'acqua all'interno del rivestimento.Gli standard ASTM rilevano che le bolle non influiscono negativamente sulle prestazioni del rivestimento del tubo: lo spessore della barriera chimica è ancora intatto.
Esistono misure corrosive che riducono la gravità delle vesciche.L'isolamento termico di un tubo o di un recipiente rivestito riduce il gradiente di temperatura nel rivestimento, spesso prevenendo la formazione di condensa e la successiva espansione dei fluidi assorbiti.Ha inoltre ridotto la velocità e l'entità dei cambiamenti di temperatura, riducendo così al minimo la formazione di vesciche.Pertanto, riducendo la resina, l'isolamento può fornire in molti casi una misura protettiva.È possibile fornire una protezione aggiuntiva utilizzando procedure operative o dispositivi che limitino la velocità di riduzione della pressione di processo o di aumento della temperatura.
Permeazione
La permeazione è un fattore strettamente correlato all'assorbimento, ma è anche funzione di altri effetti fisici, come la diffusione e la temperatura.In oltre 20 anni di esperienza con tubi rivestiti in PTFE, il numero di guasti attribuiti alla permeazione di un vapore corrosivo seguito dalla corrosione dell'elemento di supporto è stato notevolmente ridotto.Gli spessori del rivestimento compresi tra 1,27 e 6,35 mm necessari per la resistenza fisica alle alte temperature riducono la permeazione al punto che normalmente è una considerazione secondaria.Poiché sono così tante le variabili che influenzano la permeazione, è fuorviante utilizzare i dati di permeabilità di laboratorio ottenuti con film polimerici sottili come base per la selezione di specifici rivestimenti polimerici fluoroplastici.Con poche eccezioni, le differenze di permeabilità tra i fluoroplastici hanno poca influenza sulle prestazioni delle tubazioni e delle apparecchiature fabbricate.Le prestazioni sono controllate principalmente dalla progettazione, dalla fabbricazione e dal controllo di qualità.Pertanto, la preoccupazione principale riguarda solitamente l'assorbimento, poiché questa è la proprietà più indicativa della funzionalità delle resine fluorocarburiche in un dato ambiente chimico.
Nei rivestimenti non delimitati, è importante che lo spazio tra il rivestimento e l'elemento di supporto sia scaricato nell'atmosfera, non solo per consentire la fuga di piccole quantità di vapori permeanti ma per impedire che l'espansione dell'aria intrappolata faccia collassare il rivestimento.Inoltre, questi sfiati vengono utilizzati per test di controllo qualità dei tubi rivestiti e come dispositivo di sicurezza per indicare perdite in caso di danni al rivestimento.Il collasso del rivestimento è spesso attribuito alla permeazione quando in realtà la causa principale è la presenza di vuoto nel flusso del processo.I produttori di tubi rivestiti pubblicano la resistenza al vuoto alla temperatura nominale delle loro diverse dimensioni e spessori del rivestimento, ma a volte è necessario prevenire un vuoto eccessivo mediante caratteristiche di progettazione e procedure operative.
Orario di pubblicazione: 14 febbraio 2019