Polimery czyli związki wielkocząsteczkowe, dzięki swym unikalnym właściwościom, na dobre zadomowiły się w bardzo wielu gałęziach przemysłu. Jedną z grup, która znajduje szczególne zastosowanie są polimery fluorowe (fluoropolimery), otrzymywane przez polimeryzację lub kopolimeryzację fluoroalkenów (Rys. 1).
Posiadają one bardzo silne wiązania C-F, najsilniejsze wiązania w chemii organicznej, co daje im niezwykłą odporność chemiczną. Duże rozmiary atomu fluoru utrudniają przenikanie atomów innych substancji do łańcucha węglowego, tworząc swoistą otulinę uniemożliwiającą ich degradację (Rys. 2). Flupropolimery, w zależności od stopnia nasycenia łańcucha węglowego atomami fluoru, dzielimy na częściowo fluorowane (np. PVDF) i całkowicie fluorowe (np. FEP czy PFA).
Jednym z pierwszych otrzymanych i zastosowanych polimerów tej grupy jest poli(tetrafluoroetylen) czyli PTFE, stosowany od lat 60-tych XX wieku, „żyjący” w świadomości społecznej jako TEFLON (nazwa handlowa produktu firmy Du Pont).
Zakres stosowania
Fluoropolimery najczęściej stosuje się jako materiał okładzinowy, zabezpieczający części maszyn, instalacji w różnych procesach przemysłowych przed bezpośrednim kontaktem z agresywnymi mediami. Największe znaczenie mają następujące materiały:
PVDF, poli(fluorek winylidenu) (np. SYMALIT PVDF 1000)
Jest to tworzywo twarde, o dużej wytrzymałości mechanicznej, odporne na działanie kwasów, zasad, silnych utleniaczy, wielu związków organicznych. Nieodporny na działanie rozpuszczalników polarnych (np. difenyloformamid, sulfotlenek dimetylu), a także acetonu i oleum.
ECTFE, kopolimer chlorotrifluoroetylen/etylen (np. SYMALIT ECTFE 1000)
Jest on odporny na kwasy mineralne, kwasy utleniające, nieorganiczne zasady, czynniki trawiące, wszystkie rozpuszczalniki.
ETFE, kopolimer tetrafluoroetylen/etylen (np. SYMALIT ETFE 1000)
Jest on odporny na kwasy, roztwory zasad, rozpuszczalniki i hydrolizę. Ma ograniczoną odporność na oleje, tłuszcz i kwasy utleniające.
FEP, kopolimer tetrafluoroetylen/heksafluoropropylen (np. SYMALIT FEP 1000)
Posiada dużą odporność na kwasy, roztwory zasad, rozpuszczalniki, detergenty, oleje,wodę, światło. Niepalny.
PFA, kopolimer perfluoroalkoksylowy (np. SYMALIT PFA 1000)
Charakteryzuje się dobrą stabilnością termiczną, odpornością na pełzanie, niskim współczynnikiem tarcia, dobrą odpornością chemiczną i ognioodpornością. Stosowany jest także jako klej topliwy (łatwe łączenie przez zgrzewanie, spawanie).
Pominięto w tym przeglądzie PTFE, który mimo rewelacyjnej odporności chemicznej, charakteryzuje się niskimi właściwościami mechanicznymi, ograniczającymi jego zastosowanie jako materiału na wielkogabarytowe wykładziny ochronne. Wykazuje też stosunkowo wysoką przepuszczalność gazów agresywnych atakujących podłoże.
Fluoropolimery dostępne są w różnorodnych postaciach (płyty, wałki, rury, grube folie, folie laminowane, ułatwiające przyklejanie, elementy mocujące, pręty spawalnicze itp.) (Tab. 1).
W tabeli 2 przedstawiono ogólną odporność chemiczną fluoroplastów, a na rysunku 3 orientacyjne temperatury pracy.
Zasadą jest, że im wyższy stopień „ufluorowania” polimeru, tym wyższa jest dopuszczalna temperatura pracy oraz wyższa odporność chemiczna.
Kryteria doboru materiału
Dobierając wykładzinę ochronną należy wziąć pod uwagę:
a) środowisko pracy (temperatura, występujące media, ich agresywność, stężenia, ciśnienie, częstotliwość zmian),
b) rodzaj zabezpieczanego podłoża, konstrukcji,
c) techniczna możliwość nałożenia i mocowania warstwy polimeru.
Ad. a) Producenci podają katalogowe wartości odporności chemicznej, temperatur pracy (minimalna i maksymalna). Można więc bez większych problemów dobrać materiał spełniający te wymagania (Rys. 4). Niedocenianą i nie zawsze podawaną cechą jest przepuszczalność par i gazów przez warstwę polimeru. Jest to wielkość bardzo istotna, bo przenikające agresywne media nie uszkodzą polimeru ale mogą zniszczyć znajdującą się pod nim konstrukcję (stalową czy betonową). Zdarza się, że ten sam materiał różnych producentów, w zależności od staranności wykonania półwyrobu, może mieć różną przepuszczalność gazów… Wzrost ciśnienia i temperatury zwiększają przepuszczalność.
Uwaga! Wybierając ofertę okładziny, należy zwrócić uwagę na sposób podawania jej grubości (szczególnie w przypadku laminatów). Jest on różny u różnych producentów. Dobierając okładzinę fluoropolimerową należy w kalkulacjach technicznych brać grubość warstwy polimeru, a nie grubość całego laminatu, którego część stanowi mata (Tab. 3). Taki błąd wpływa istotnie na rzeczywisty czas eksploatacji materiału i może doprowadzić do przedwczesnej awarii. Podawana nominalna grubość ma informować o rzeczywistej grubości warstwy fluoropolimeru, bo ona decyduje o odporności i czasie eksploatacji.
Ad. b) i c) Różne podłoża wymagają różnych technik nanoszenia warstwy ochronnej. Może to być mocowanie mechaniczne dostarczanymi elementami typu śruby lub kołki tworzywowe, klejenie, spawanie lub „na wcisk”. Często konstrukcja podłoża wymaga wcześniejszego przygotowania dopasowanego elementu, wycięcia siatki, pospawania i włożenia w konstrukcję nośną.
Ważną cechą jest rodzaj i jakość maty laminowanej do fluoropolimeru. Ma ona ogromny wpływ na czas eksploatacji i efektywność ochrony w różnych środowiskach (Tab. 4).
Podsumowanie
Jak wykazały doświadczenia branży energetycznej, właściwe dobranie materiału okładzin i wykonanie zabezpieczenia ma ogromny wpływ na czas eksploatacji ochranianej powierzchni, który z reguły przekracza czas uwzględniany na etapie projektu. Dla elektrowni węglowych przyjmowany jest okres 40 lat, a w praktyce wynosi on około 60 lat. Tak długie, wymagane czasy eksploatacji powinny skłaniać do innego spojrzenia na koszty stosowanego materiału. Materiał o lepszych parametrach jest droższy (do takich należą fluoropolimery „straszące” ceną), ale całościowy rachunek kosztów jest zachęcający (dłuższy czas eksploatacji i efektywna, sprawna ochrona). Warunkiem koniecznym aby powłoka spełniła swoje zadanie jest jej szczelność. Wskazane jest więc zlecanie takich usług sprawdzonym wykonawcom, gwarantującym wysoką (najlepiej certyfikowaną) jakość usługi.
dr inż. Leszek Ciesielski
mgr inż. Dariusz Kurlit
QUADRANT
artykuł pochodzi z wydania 11 (50) Listopad 2011
