Uppleyst klórgas (Cl₂) í vatni -algengt í sótthreinsunarkerfum, sundlaugum og vatnsmeðferð sveitarfélaga-er sterkt oxunarefni sem ræðst á PFA yfirborð með tímanum. Ólíkt hýpóklórítlausnum (bleikju) sem valda hröðu niðurbroti veldur uppleyst klórgas í dæmigerðum styrk (1–10 ppm) hægfara yfirborðsbreytingu. Eftir 1.000 klukkustundir af samfelldri útsetningu við 40 gráður (venjulegt laugshitastig) með 5 ppm uppleyst Cl₂, eykst PFA yfirborðshörku um 5–10 Shore D einingar (frá 65–68 í 70–75). Yfirborðið verður stökkara og lenging við brot minnkar úr 300% í 150–200%. Hörkuaukningin er bundin við ytra 50–150 µm lagið; lausaefnið er óbreytt. Við hærra hitastig (60–80 gráður) eða hærri klórstyrk (20–50 ppm), hraðar áhrifin og yfirborðssprungur geta komið fram innan 500 klukkustunda.
Klórárásarkerfi á PFA
Uppleyst klórgas vatnsrofnar í vatni og myndar undirklórsýru (HOCl) og saltsýru (HCl): Cl2 + H2O → HOCl + HCl. Bæði HOCl og HCl eru árásargjarn. HOCl er sterkt oxunarefni sem dregur út vetnisatóm úr PFA keðjuenda (þótt PFA hafi mjög fá vetni, þá eru til afgangs -CF₂H endahópar). Hvarfið kemur í stað flúors fyrir súrefni og myndar karbónýlflúoríð (-COF) og karboxýl (-COOH) hópa. Þessir pólu hópar auka yfirborðsorku (frá 18–20 mN/m í 25–35 mN/m), sem dregur úr snertihorni vatns á mótsagnarkenndan hátt og getur bætt vætanleika. Meira um vert, oxaða yfirborðslagið verður krosstengd-og harðnað. Hörkuaukningin tengist aukningu á kristöllun í yfirborðslaginu (frá 45% í 55–60%) þar sem helst er ráðist á formlaus svæði og þau endurskipulögð.
Viðbrögðin eru-háð hitastigi. Við 25 gráður eykst hörku eftir 1.000 klukkustundir við 5 ppm Cl₂ er 2–4 Shore D einingar. Við 40 gráður er það 5–10 einingar. Við 60 gráður er það 10–15 einingar og yfirborðs örsprungur birtast. Við 80 gráður bilar PFA í 5 ppm klórvatni innan 200–500 klukkustunda vegna alvarlegra yfirborðssprungna og stökks. Af þessum sökum ættu PFA hitarar í klórsótthreinsikerfi að virka undir 50 gráðum.
Breyting á yfirborðshörku eftir 1.000 klst
| Klórstyrkur (ppm) | Hitastig (gráða) | Upphafleg hörku (Shore D) | hörku eftir 1.000 klst (Shore D) | Auka (Shore D) | Yfirborðsástand | Lenging við hlé varðveisla (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 (stýra) | 40 | 66 | 66 | 0 | Slétt, gljáandi | 100% |
| 1 | 40 | 66 | 68–69 | 2–3 | Smá sljór | 90–95% |
| 5 | 40 | 66 | 70–73 | 4–7 | Létt, örlítið gróft | 70–80% |
| 10 | 40 | 66 | 72–75 | 6–9 | Daufur, sýnilegur ör-grófleiki | 60–70% |
| 5 | 25 | 66 | 68–70 | 2–4 | Smá sljór | 85–90% |
| 5 | 50 | 66 | 72–76 | 6–10 | Létt, fínt brjálæði | 65–75% |
| 5 | 60 | 66 | 75–80 | 9–14 | Örsprungur sjáanlegar í 10× | 40–60% |
| 5 | 80 | 66 | Á ekki við (mistókst) | N/A | Yfirborðssprunga, sprungin | <20% |
| 20 | 40 | 66 | 74–78 | 8–12 | Brjálað, hvítt yfirborðslag | 50–65% |
| 50 | 40 | 66 | 78–82 | 12–16 | Sprunga, yfirborðsduft | 30–50% |
Hagnýtar afleiðingar fyrir notkun hitara
Fyrir sundlaugarhitara (25–30 gráður, 1–5 ppm Cl₂) er hörkuaukningin eftir 1.000 klukkustundir lítilsháttar (2–5 Shore D). Hitarinn heldur áfram að virka og yfirborðsbrotið veldur ekki sprungum við venjulega hitauppstreymi (ΔT=10–20 gráður). Áætlaður líftími er 5-10 ár. Fyrir vatnssótthreinsunarkerfi sveitarfélaga þar sem hitastig nær 40–50 gráðum verður hörkuaukning veruleg (5–10 Shore D). Yfirborð hitari verður dauft og sveigjanlegra. Varmahjólreiðar (daglega kveikt/slökkt) geta valdið fínum yfirborðssprungum eftir 2–3 ár. Mælt er með endurnýjun eftir 3-5 ára.
Fyrir iðnaðarklórsótthreinsun við hærra hitastig (50–80 gráður) er PFA ekki mælt með óháð styrk. Samsetning klórs og hás hita veldur hröðu niðurbroti yfirborðs, sprungum og að lokum gegndræpi í málmkjarna. Önnur efni fyrir há-klórþjónustu eru títan (virkjar efni í klórvatni) eða ECTFE (Halar), sem hefur betri klórþol en PFA.
Yfirborðshörkuprófun fyrir ástandsmat
Fyrir PFA hitara í klórþjónustu spáir árleg yfirborðshörkuprófun á endingartíma. Notaðu færanlegan Shore D lengdarmæli (ASTM D2240). Mældu á þremur stöðum (neðst, miðju, efst) á kafi hlutanum. Hörkuaukning um 5–10 einingar yfir upphaflegu gildinu (66–68) gefur til kynna hóflega niðurbrot; hitari á líklega 2-3 ár eftir. Aukning hörku um 10–15 einingar gefur til kynna alvarlega niðurbrot; Mælt er með endurnýjun innan 12 mánaða. Aukning hörku yfir 15 einingar eða sýnileg yfirborðssprunga krefst tafarlausrar endurnýjunar. Fylgnin milli hörkuaukningar og eftirstandandi líftíma er reynslufræðileg en áreiðanleg fyrir klór-skemmd PFA.
Fyrir hitara sem þegar sýna hörkuaukningu, lækkaðu rekstrarhitastig ef mögulegt er. Hver 5 gráðu minnkun helmingar niðurbrotshraðann (Arrhenius hegðun). Fyrir hitara sem starfar við 50 gráður með 10 eininga hörkuaukningu, mun það að falla niður í 40 gráður lengja eftirstandandi endingu úr 2 árum í 4 ár.
Ályktun: Hörkuaukning um 5–10 einingar eftir 1.000 klukkustundir við 40 gráður /5ppm Cl₂
Eftir 1.000 klukkustundir af útsetningu fyrir uppleystu klórgasi (5 ppm) í vatni við 40 gráður eykst yfirborðshörku PFA hitara um 5–10 Shore D einingar (frá 66–68 í 70–75). Yfirborðið verður stökkt og lenging við brot lækkar úr 300% í 70–80%. Niðurbrotið er bundið við ytra 50–150 µm lagið og veldur ekki bilun strax, heldur dregur það úr viðnám hitara gegn hitauppstreymi og vélrænu álagi. Fyrir dæmigerða sótthreinsun á laugum og sveitarfélögum (25–40 gráður, 1–5 ppm), hafa PFA hitarar viðunandi 5–10 ára endingu. Fyrir iðnaðarnotkun yfir 50 gráður er ekki mælt með PFA. Árleg Shore D hörkuprófun veitir einfalda, ekki-eyðileggjandi aðferð til að meta niðurbrot og spá fyrir um tímasetningu endurnýjunar. Aukning hörku sem fer yfir 15 einingar eða sýnileg yfirborðssprunga krefst tafarlausrar endurnýjunar á hitara. Fylgstu með hörku, stjórnaðu hitastigi og skiptu út fyrir bilun. Klór og hár hiti eru óvinir PFA; stjórnaðu hvoru tveggja og hitarinn þinn endist.
