Kakšen je učinek raztopljenega klora v vodi na trdoto površine grelnika PFA po 1000 urah?

V vodi je plin klor (Cl₂) zelo močan oksidant in se uporablja v številnih sistemih za dezinfekcijo, bazenih in komunalnih čistilnih napravah. Sčasoma bo klor uničil površine PFA. Pri normalnih količinah (1-10 ppm) raztopljen plin klor povzroči progresivno spremembo površine, medtem ko raztopine hipoklorita (belila) povzročijo hitro razgradnjo. Površinska trdota PFA se poveča za 5-10 enot Shore D (65-68 do 70-75) po 1000 urah neprekinjene izpostavljenosti pri 40 stopinjah (povprečna temperatura bazena) s 5 ppm raztopljenega Cl 2 . Površina postane bolj krhka, raztezek ob pretrganju se zmanjša s 300 % na 150-200 %. Povečanje trdote je omejeno na zunanjo plast 50–150 µm, sipki material ostane nespremenjen. Delovanje se pospeši pri višjih temperaturah (60 do 80 stopinj ) ali večjih koncentracijah klora (20 do 50 ppm), površinsko razpokanje pa se lahko pojavi v 500 urah.

Mehanizem PFA napada klora
V vodi raztopljeni klor hidrolizira, da nastane hipoklorova kislina (HOCl) in klorovodikova kislina (HCl). Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl. „HOCl in HCl sta oba sovražna. HOCl je močan oksidant, ki ekstrahira vodikove atome s koncev verig PFA (čeprav ima PFA razmeroma malo vodikov, obstaja nekaj preostalih končnih skupin -CF2H). Fluor je nadomeščen s kisikom, pri čemer nastane karbonil fluorid (-COF) in karboksil (-COOH) skupina. Te polarne skupine povečajo površinsko energijo (z 18-20 mN/m na 25-35 mN/m), kar paradoksalno povzroči zmanjšanje kontaktnega kota vode in zato lahko poveča omočljivost. Še pomembneje je, da se oksidirana površinska plast zamreži in strdi. Povečanje trdote je povezano s povečanjem kristaliničnosti površinske plasti (s 45 % na 55–60 %), ker so amorfna področja prednostno ciljana in reorganizirana.

Ta reakcija je odvisna od temperature. 25 stopinj. Po 1000 urah pri 5 ppm Cl2 se trdota poveča za 2–4 ​​enote Shore D. Pri 40 stopinjah je 5–10 enot. Pri 60 stopinjah je 10-15 enot. Nastanejo površinske mikrorazpoke. PFA v 5 ppm klorirane vode pri 80 stopinjah odpove po 200–500 urah zaradi močnega površinskega razpokanja in krhkosti. Zato je treba grelnike PFA v sistemih za dezinfekcijo s klorom uporabljati pod 50 stopinjami.

Sprememba trdote površine po 1000 h
Temperatura (stopinja) Koncentracija klora (ppm) Trdota, Začetna (Shore D) Trdota po 1000 urah (Shore D) Povečanje (Shore D) Površinski videz Raztezek ob pretrganju Retencija (%)
0 (kontrola) 40 66 66 0 Gladko, sijoče 100 % 1 40 66 68-69 2-3 Rahlo motno 90-95 % 5 40 66 70-73 4-7 Motno, rahlo hrapavo 70-80 %
10 40 66 72-75 6-9 Mota, opazna mikro-hrapavost 60-70 %
5 25 66 68–70 2–4 Rahlo zamegljenost 85–90 % 5 50 66 72–76 6–10 Motnost, drobne razpoke 65–75 % 5 60 66 75–80 9–14 Mikrorazpoke, vidne pri 10 × 40–60 %
5 80 66 N/A (neuspešno) N/A Površinske razpoke, krhkost<20% 20 40 66 74-78 8-12 Crazing, white surface layer 50-65% 50 40 66 78-82 12-16 Cracking, surface powdering 30-50%
Praktične posledice za delovanje grelnika
Pri grelnikih za bazene (25-30 stopinj, 1-5 ppm Cl2) je bilo povečanje trdote po 1000 urah majhno (2-5 Shore D). Grelnik še vedno deluje in krhkost površine ne povzroča razpok med običajnim toplotnim ciklom (stopnja ΔT=10-20). Življenjska doba je 5-10 let. Pri komunalnih sistemih za čiščenje vode s temperaturami 40–50 stopinj je povečanje trdote znatno (5–10 Shore D). Površina grelnika postane motna in izgubi elastičnost. Po 2-3 letih toplotnega cikla (dnevni vklop/izklop) se lahko pojavijo drobni površinski zlomi. Zamenjava se priporoča na 3-5 let.

PFA ni priporočljiv za industrijsko dezinfekcijo klora pri visokih temperaturah (50-80 stopinj), ne glede na koncentracijo. Kombinacija visoke temperature in klora povzroči hitro propadanje površine in razpoke ter sčasoma pronicanje v kovinsko jedro. Drugi materiali za delo s klorom pri visokih temperaturah so titan (pasivira v klorirani vodi) ali ECTFE (Halar), ki je boljši od PFA glede odpornosti na klor.

Ocena stanja Preizkušanje trdote površine
Za grelnike PFA v uporabi s klorom letno testiranje trdote površine oceni preostalo življenjsko dobo. Uporabite prenosni durometer Shore D (ASTM D2240). Izmerite na treh mestih (spodaj, sredina, zgoraj) na delu, ki je potopljen. Če se je trdota povečala za 5-10 enot nad prvotno vrednostjo (66-68), je to znak zmerne degradacije. Grelnik bo verjetno imel še 2-3 leta časa. Povišanje trdote za 10–15 enot kaže na znatno poslabšanje in zamenjavo je treba izvesti v 12 mesecih. Če se trdota poveča za več kot 15 enot ali če se pojavijo očitne površinske razpoke, je potrebna zamenjava. Povezava med preostalo življenjsko dobo in povečanjem trdote je empirična. Vendar pa je zanesljiv za PFA, poškodovan s klorom.

Če grelci že kažejo povečanje trdote, znižajte delovno temperaturo, če je mogoče. Stopnja razgradnje se prepolovi pri vsakem znižanju za 5 stopinj (Arrheniusovo vedenje). Grelnik pri 50 stopinjah, s povečanjem trdote za 10 enot, znižanjem na 40 stopinj, podvoji preostalo življenjsko dobo na 4 leta.

Zaključki: Trdota se je po 1000 urah pri 40 stopinjah povečala za 5–10 enot /5 ppm Cl2
The surface hardness of PFA heater increased by 5–10 Shore D units (from 66–68 to 70–75) after exposure to dissolved chlorine gas (5 ppm) in water at 40°C for 1,000 hours. The surface was embrittled, the elongation at break decreased from 300 % to 70-80 %. The degradation is confined to the outer 50–150 ?m layer and does not cause immediate failure, but it weakens the resistance of the heater to thermal cycling and mechanical stress. For normal pool and municipal water disinfection (25 to 40 deg C, 1 to 5 ppm), PFA heaters have adequate 5-10 year life. PFA is not recommended for industrial usage above 50°C. Annual tests of Shore D hardness offer an easy, non-destructive way to measure degradation and forecast replacement dates. Replacement of heater required if hardness increases >15 enot ali kakršne koli očitne površinske razpoke. Kako spremljati trdoto, vzdrževati temperaturo in zamenjati, preden odpove Klor in visoka temperatura sta sovražnika PFA. Upravljajte z obema in vaš grelec bo preživel.