1,000시간 후 물에 용해된 염소 가스가 PFA 히터의 표면 경도에 미치는 영향은 무엇입니까?

물에서 염소 가스(Cl2)는 매우 강력한 산화제이며 많은 소독 시스템, 수영장 및 도시 정수장에서 사용됩니다. 시간이 지남에 따라 염소는 PFA 표면을 파괴합니다. 정상적인 양(1-10ppm)에서 용해된 염소 가스는 점진적인 표면 변화를 일으키는 반면, 차아염소산염 용액(표백제)은 빠른 분해를 유발합니다. PFA 표면 경도는 5ppm의 용해된 Cl 2 .을 사용하여 40도(평균 풀 온도)에서 1,000시간 연속 노출 후 5-10 Shore D 단위(65-68에서 70-75)까지 증가합니다. 표면은 더욱 부서지기 쉽고 파단 연신율은 300%에서 150-200%로 감소합니다. 경도의 증가는 50-150 µm의 외부 층으로 제한되며 벌크 재료는 변경되지 않습니다. 더 높은 온도(60~80도) 또는 더 높은 염소 농도(20~50ppm)에서 작용이 가속화되고 500시간 이내에 표면 균열이 발생할 수 있습니다.

PFA 염소 공격의 메커니즘
물에 용해된 염소 가스는 가수분해되어 차아염소산(HOCl)과 염산(HCl)을 생성합니다. Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl. HOCl과 HCl은 모두 적대적입니다. HOCl은 PFA 사슬 끝에서 수소 원자를 추출하는 강력한 산화제입니다(PFA에는 상대적으로 수소가 적지만 일부 잔류 -CF2H 말단 그룹이 있음). 불소는 산소로 대체되어 불화카르보닐(-COF) 및 카르복실(-COOH) 그룹을 형성합니다. 이들 극성기는 표면 에너지를 증가시켜(18~20mN/m에서 25~35mN/m), 이는 역설적으로 물 접촉각을 감소시켜 습윤성을 향상시킬 수 있습니다. 더 중요한 것은 산화된 표면층이 가교되고 경화된다는 것입니다. 비정질 영역이 우선적으로 표적화되고 재구성되기 때문에 경도의 증가는 표면층의 결정화도의 증가(45%에서 55-60%로)와 관련됩니다.

이 반응은 온도에 따라 다릅니다.. 25 정도. 5ppm Cl2에서 1,000시간 후에 경도는 2-4 Shore D 단위만큼 증가합니다. 40도에서는 5~10단위입니다. 60도에서는 10-15 단위입니다. 표면 미세 균열이 형성됩니다. 80도에서 5ppm 염소수에 용해된 PFA는 심각한 표면 균열 및 취성으로 인해 200~500시간 후에 실패합니다. 따라서 염소 소독 시스템의 PFA 히터는 50도 이하에서 사용해야 합니다.

1000시간 후 표면 경도 변화
온도(도) 염소농도(ppm)경도, 초기(Shore D) 1,000시간 후 경도(Shore D) 증가(Shore D) 표면외관 파단신율 유지율(%)
0(대조군) 40 66 66 0 매끄럽고 윤기 있음 100% 1 40 66 68-69 2-3 약간 흐릿함 90-95% 5 40 66 70-73 4-7 흐릿함, 약간 거침 70-80%
10 40 66 72-75 6-9 흐릿하고 눈에 띄는 미세한-거칠기 60-70%
5 25 66 68–70 2–4 약간 둔함 85–90% 5 50 66 72–76 6–10 둔하고 미세한 균열 65–75% 5 60 66 75–80 9–14 10× 40–60%에서 미세 균열이 나타남
5 80 66 N/A(실패) N/A 표면 균열, 취성<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%
히터 작동에 대한 실제적인 의미
수영장 히터(25-30도, 1-5ppm Cl2)의 경우 1,000시간 후 경도 증가는 작았습니다(2-5 Shore D). 히터는 계속 작동하며 표면 취성은 일반적인 열 사이클링(ΔT=10-20 도) 동안 균열을 유발하지 않습니다. 수명은 5~10년이다. 온도가 40~50도인 도시 수처리 시스템의 경우 경도 증가가 상당합니다(5~10 Shore D). 히터의 표면이 칙칙해지고 탄력이 없어집니다. 2~3년 동안의 열 순환(매일 켜짐/꺼짐) 후에 미세한 표면 균열이 나타날 수 있습니다. 3~5년에 교체하는 것이 좋습니다.

PFA는 농도에 관계없이 고온(50~80도)에서 산업용 염소 소독에 권장되지 않습니다. 고온과 염소의 결합으로 인해 급격한 표면 열화 및 균열이 발생하고 결국 금속 코어에 침투하게 됩니다. 고온 염소 처리를 위한 다른 재료로는 티타늄(염소수의 부동태화염) 또는 PFA보다 내염소성이 우수한 ECTFE(Halar)가 있습니다.

상태 평가 표면 경도 테스트
염소용 PFA 히터의 경우 매년 표면 경도 테스트를 통해 남은 수명을 추정합니다. 휴대용 Shore D 경도계(ASTM D2240)를 사용합니다. 물에 잠긴 부분의 3개 위치(하단, 중앙, 상단)에서 측정합니다. 경도가 원래 값(66-68)보다 5{16}}10 단위 증가한 경우 이는 보통 수준의 저하를 나타냅니다. 히터는 2~3년 정도 남은 것 같습니다. 경도가 10-15 단위 증가하면 심각한 성능 저하가 있음을 나타내며 12개월 이내에 교체해야 합니다. 경도가 15단위 이상 증가하거나 명백한 표면 균열이 발생하면 교체가 필요합니다. 남은 수명과 경도 증가 사이의 연관성은 경험적입니다. 그러나 염소로 손상된 PFA에는 신뢰할 수 있습니다.

히터의 경도가 이미 증가한 경우 가능하면 작동 온도를 낮추십시오. 5도씩 낮아지면 분해율이 반으로 줄어듭니다(Arrhenius 거동). 50도의 히터는 경도가 10단위 증가하고 40도까지 내려가며 남은 수명이 4년으로 두 배 늘어납니다.

결론: 40도 /5ppm Cl2에서 1,000시간 후 경도가 5~10 단위 증가했습니다.
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 >15개 단위 또는 눈에 띄는 표면 균열. 경도를 모니터링하고, 온도를 유지하고, 실패하기 전에 교체하는 방법 염소와 고온은 PFA의 적입니다. 둘 다 관리하면 히터가 살아남을 것입니다.