Het Sticky Tube-mysterie
Tijdens een routine-inspectie raakt een technicus een PTFE-warmtewisselaarbuis aan en constateert dat het oppervlak enigszins plakkerig is-niet het gladde,- niet-klevende gevoel dat van PTFE wordt verwacht. De kleverigheid is uniform over de buislengte. Het kan niet worden afgeveegd met een droge doek. Water verwijdert het niet. Een doekje met oplosmiddel (aceton) verwijdert het tijdelijk, maar de kleverigheid keert terug nadat het oplosmiddel is verdampt.
De kleverigheid is geen afbraak van PTFE. PTFE wordt niet kleverig als het wordt afgebroken-het wordt broos, gebarsten of poederachtig. De kleverigheid is een oppervlakteverontreiniging-een dunne laag organisch materiaal die op het PTFE-oppervlak is geadsorbeerd. Het organische materiaal kan afkomstig zijn uit de procesvloeistof (afgebroken additieven, oliën, weekmakers) of uit de omgeving (koolwaterstoffen in de lucht, compressorolie in de stoom).
Het organische adsorptiemechanisme
Hoewel PTFE bekend staat om zijn niet-kleefeigenschappen, is het niet volledig immuun voor alle vormen van oppervlakteverontreiniging. Bepaalde organische verbindingen-vooral die met lange koolwaterstofketens, aromatische ringen of polaire functionele groepen-kunnen door van der Waals-krachten op het PTFE-oppervlak adsorberen. De adsorptie is zwak vergeleken met de chemische binding op metalen, maar na verloop van tijd kan zich een dunne film ophopen.
De film is slechts een paar moleculaire lagen dik- nanometers, geen micrometers. Het is onzichtbaar voor het oog, maar kan worden gevoeld als een verandering in de oppervlaktewrijving. Het kleverige gevoel is het resultaat van het feit dat de organische film een andere wrijvingscoëfficiënt heeft dan het schone PTFE-oppervlak.
De organische verbindingen kunnen afkomstig zijn van de ontleding van procesadditieven (glansmiddelen, bevochtigingsmiddelen, stabilisatoren) aan het oppervlak van de hete buis. Ze kunnen afkomstig zijn van olie in het stoomsysteem-compressorolie van stoompompen, chemicaliën voor de behandeling van ketels of coatings van pijpleidingen. Ze kunnen afkomstig zijn uit de atmosfeer,-koolwaterstofdampen van apparatuur in de buurt, uitlaatgassen van voertuigen die in de ventilatie van het gebouw worden gezogen.
| Kleverigheidstest | Vinden | Interpretatie |
|---|---|---|
| Droog afvegen | Geen verandering | Verontreiniging wordt geadsorbeerd, niet los |
| Spoelen met water | Geen verandering | Verontreiniging is in water-onoplosbaar |
| Aceton doekje | Kleverigheid tijdelijk verwijderd | Verontreiniging is oplosbaar in organisch oplosmiddel |
| FTIR-analyse van veegresten | Koolwaterstofpieken | Verontreiniging is organisch |
| Vergelijking met onbelichte buis | Onblootgestelde buis is niet kleverig | Verontreiniging is afkomstig uit de serviceomgeving |
De oplossingsmogelijkheid
Een minder vaak voorkomende maar ernstiger oorzaak van oppervlaktekleverigheid is gedeeltelijke solvatatie van het PTFE-oppervlak. Bepaalde sterk doordringende oplosmiddelen-vooral bij hogere temperaturen-kunnen over een korte afstand in het PTFE-oppervlak diffunderen. Het geabsorbeerde oplosmiddel weekt de buitenste polymeerlaag, waardoor deze zachter en enigszins plakkerig aanvoelt. Het effect is omkeerbaar-wanneer het oplosmiddel wordt verwijderd (door verwarming of verdamping), keert de PTFE terug naar zijn normale hardheid.
Dit mechanisme vereist een oplosmiddel dat enige affiniteit heeft voor PTFE en een temperatuur die hoog genoeg is om de diffusie te versnellen. Gechloreerde oplosmiddelen, bepaalde gefluoreerde oplosmiddelen en sommige aromatische koolwaterstoffen bij temperaturen boven de 100 graden kunnen dit effect veroorzaken. De diagnose wordt bevestigd door FTIR-analyse van het buisoppervlak of door een monster te verwarmen en de ontwikkelde gassen te analyseren.
De operationele reactie
Als de kleverigheid afkomstig is van geadsorbeerd organisch residu, heeft dit geen invloed op de warmteoverdracht of de structurele integriteit van de buis. Het is een cosmetisch probleem. Het residu kan indien gewenst worden verwijderd door tijdens het onderhoud af te vegen met oplosmiddel. Om herhaling te voorkomen moet de organische bron worden geïdentificeerd en geëlimineerd,-het verbeteren van de procesfiltratie, het veranderen van de olieverwijdering uit het stoomsysteem of het verbeteren van de ventilatie.
Als de kleverigheid het gevolg is van gedeeltelijke solvatatie, moet de proceschemie worden beoordeeld. Het oplosmiddel dat de solvatatie veroorzaakt, kan ook zwelling of permeatie veroorzaken die de mechanische eigenschappen op de lange termijn- beïnvloedt. Mogelijk moet de bedrijfstemperatuur worden verlaagd, of kan een andere PTFE-kwaliteit met hogere kristalliniteit (lagere permeabiliteit) nodig zijn.
Samenvatting
De kleverigheid van het oppervlak op PTFE-warmtewisselaarbuizen wordt veroorzaakt door geadsorbeerde organische resten uit de procesvloeistof of de omgeving, of door gedeeltelijke solvatatie door binnendringende oplosmiddelen. Een veegtest met oplosmiddel en FTIR-analyse identificeren de oorzaak. Geadsorbeerd residu is cosmetisch en heeft geen invloed op de prestaties. Solvatie kan duiden op een compatibiliteitsprobleem dat proces- of materiaalwijzigingen vereist. Dat geldt ook voor de klassieke afbraak van PTFE, die brosheid en geen kleverigheid veroorzaakt.
Technische ondersteuning voor onderzoek naar de toestand van het PTFE-oppervlak is beschikbaar na indiening van buismonsters, proceschemie, stoomsysteemdetails en bedrijfstemperatuur.
