يعتبر غاز الكلور المذاب (Cl₂) في الماء-الشائع في أنظمة التطهير وحمامات السباحة ومعالجة المياه البلدية-عامل مؤكسد قوي يهاجم أسطح PFA بمرور الوقت. على عكس محاليل الهيبوكلوريت (المبيض) التي تسبب التحلل السريع، فإن غاز الكلور المذاب بتركيزات نموذجية (1-10 جزء في المليون) يسبب تعديلًا تدريجيًا للسطح. بعد 1000 ساعة من التعرض المستمر عند 40 درجة (درجة حرارة حمام السباحة النموذجية) مع 5 جزء في المليون من Cl₂ المذاب، تزداد صلابة سطح PFA بمقدار 5-10 وحدات Shore D (من 65-68 إلى 70-75). يصبح السطح أكثر هشاشة، مع انخفاض الاستطالة عند الكسر من 300% إلى 150-200%. تقتصر زيادة الصلابة على الطبقة الخارجية 50-150 ميكرومتر؛ تبقى المواد السائبة دون أن تتأثر. عند درجات حرارة أعلى (60-80 درجة) أو تركيزات أعلى من الكلور (20-50 جزء في المليون)، يتسارع التأثير، وقد يحدث تشقق السطح خلال 500 ساعة.
آلية الهجوم بالكلور على PFA
يتحلل غاز الكلور المذاب في الماء ليشكل حمض الهيبوكلوروس (HOCl) وحمض الهيدروكلوريك (HCl): Cl₂ + H₂O → HOCl + HCl. كل من HOCl وHCl عدوانيان. HOCl هو مؤكسد قوي يستخلص ذرات الهيدروجين من نهايات سلسلة PFA (على الرغم من أن PFA يحتوي على عدد قليل جدًا من الهيدروجين، إلا أن بعض المجموعات الطرفية المتبقية -CF₂H موجودة). يستبدل التفاعل الفلور بالأكسجين، مما يؤدي إلى تكوين مجموعات فلوريد الكربونيل (-COF) والكربوكسيل (-COOH). تعمل هذه المجموعات القطبية على زيادة الطاقة السطحية (من 18-20 ملي نيوتن/م إلى 25-35 ملي نيوتن/م)، مما يقلل بشكل متناقض من زاوية التلامس مع الماء وقد يحسن قابلية التبلل. والأهم من ذلك، أن الطبقة السطحية المؤكسدة تصبح مترابطة ومتصلبة. ترتبط زيادة الصلابة بزيادة التبلور في الطبقة السطحية (من 45% إلى 55-60%) حيث تتم مهاجمة المناطق غير المتبلورة وإعادة تنظيمها بشكل تفضيلي.
يعتمد التفاعل على درجة الحرارة-. عند 25 درجة، تزداد الصلابة بعد 1000 ساعة عند 5 جزء في المليون Cl₂ تبلغ 2-4 وحدات Shore D. عند 40 درجة يكون من 5 إلى 10 وحدات. عند 60 درجة، تكون 10-15 وحدة، وتظهر شقوق صغيرة على السطح. عند 80 درجة، يفشل PFA في 5 جزء في المليون من ماء الكلور خلال 200-500 ساعة بسبب التشقق السطحي الشديد والتقصف. لهذا السبب، يجب أن تعمل سخانات PFA في أنظمة التطهير بالكلور في درجة حرارة أقل من 50 درجة.
تتغير صلابة السطح بعد 1000 ساعة
| تركيز الكلور (جزء في المليون) | درجة الحرارة (درجة) | الصلابة الأولية (شور د) | الصلابة بعد 1000 ساعة (شور د) | زيادة (شور د) | حالة السطح | الاستطالة عند الاستراحة (٪) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 (التحكم) | 40 | 66 | 66 | 0 | ناعم ولامع | 100% |
| 1 | 40 | 66 | 68–69 | 2–3 | ممل قليلا | 90–95% |
| 5 | 40 | 66 | 70–73 | 4–7 | مملة، خشنة بعض الشيء | 70–80% |
| 10 | 40 | 66 | 72–75 | 6–9 | خشونة دقيقة باهتة ومرئية-. | 60–70% |
| 5 | 25 | 66 | 68–70 | 2–4 | ممل قليلا | 85–90% |
| 5 | 50 | 66 | 72–76 | 6–10 | مملة، جنون غرامة | 65–75% |
| 5 | 60 | 66 | 75–80 | 9–14 | شقوق صغيرة مرئية عند 10× | 40–60% |
| 5 | 80 | 66 | غير متاح (فشل) | N/A | تشقق السطح، والهشاشة | <20% |
| 20 | 40 | 66 | 74–78 | 8–12 | طبقة سطحية بيضاء اللون ومجنونة | 50–65% |
| 50 | 40 | 66 | 78–82 | 12–16 | تكسير، مسحوق السطح | 30–50% |
الآثار العملية لتشغيل السخان
بالنسبة لسخانات حمامات السباحة (25-30 درجة، 1-5 جزء في المليون Cl₂)، تكون زيادة الصلابة بعد 1000 ساعة طفيفة (2-5 Shore D). يظل السخان فعالاً، ولا يسبب تقصف السطح تشققًا في ظل التدوير الحراري العادي (ΔT=10–20 درجة). العمر المتوقع هو 5-10 سنوات. بالنسبة لأنظمة تطهير المياه البلدية حيث تصل درجات الحرارة إلى 40-50 درجة، تصبح زيادة الصلابة كبيرة (5-10 Shore D). يصبح سطح السخان باهتًا وأقل مرونة. قد يؤدي التدوير الحراري (تشغيل/إيقاف يومي) إلى حدوث تشققات سطحية دقيقة بعد 2-3 سنوات. يوصى بالاستبدال عند 3-5 سنوات.
بالنسبة للتطهير بالكلور الصناعي في درجات حرارة مرتفعة (50-80 درجة)، لا ينصح بـ PFA بغض النظر عن التركيز. يؤدي الجمع بين الكلور ودرجة الحرارة المرتفعة إلى تدهور سريع للسطح والتشقق والنفاذ النهائي إلى قلب المعدن. المواد البديلة لخدمة الكلور في درجات الحرارة العالية- هي التيتانيوم (المواد الخاملة في ماء الكلور) أو ECTFE (Halar)، الذي يتمتع بمقاومة أفضل للكلور من PFA.
اختبار صلابة السطح لتقييم الحالة
بالنسبة لسخانات PFA في خدمة الكلور، يتنبأ اختبار صلابة السطح السنوي بالعمر المتبقي. استخدم مقياس تحمل Shore D المحمول (ASTM D2240). قم بالقياس في ثلاثة مواقع (أسفل، وسط، أعلى) على القسم المغمور. تشير زيادة الصلابة بمقدار 5-10 وحدات فوق القيمة الأصلية (66-68) إلى تدهور معتدل؛ من المحتمل أن يكون لدى السخان 2-3 سنوات متبقية. تشير زيادة الصلابة بمقدار 10-15 وحدة إلى تدهور شديد؛ يوصى بالاستبدال خلال 12 شهرًا. زيادة الصلابة أكثر من 15 وحدة أو أي تشقق سطحي مرئي يتطلب الاستبدال الفوري. العلاقة بين زيادة الصلابة والعمر المتبقي هي علاقة تجريبية ولكنها موثوقة بالنسبة للكلور-PFA التالف.
بالنسبة للسخانات التي تظهر بالفعل زيادة في الصلابة، قم بتقليل درجة حرارة التشغيل إن أمكن. كل تخفيض بمقدار 5 درجات يخفض معدل التحلل إلى النصف (سلوك أرهينيوس). بالنسبة للسخان الذي يعمل على 50 درجة مع زيادة الصلابة بمقدار 10 وحدات، فإن الانخفاض إلى 40 درجة يطيل العمر المتبقي من سنتين إلى 4 سنوات.
الخلاصة: زيادة الصلابة بمقدار 5-10 وحدات بعد 1000 ساعة عند 40 درجة / 5 جزء في المليون Cl₂
بعد 1000 ساعة من التعرض لغاز الكلور المذاب (5 جزء في المليون) في الماء عند 40 درجة، تزداد صلابة سطح سخان PFA بمقدار 5-10 وحدات Shore D (من 66-68 إلى 70-75). يصبح السطح هشًا، مع انخفاض الاستطالة عند الكسر من 300% إلى 70-80%. يقتصر التحلل على الطبقة الخارجية التي يتراوح سمكها بين 50 و150 ميكرومتر ولا يسبب فشلًا فوريًا، ولكنه يقلل من مقاومة السخان للدورة الحرارية والإجهاد الميكانيكي. بالنسبة لتطهير حمامات السباحة والمياه البلدية النموذجي (25-40 درجة، 1-5 جزء في المليون)، تتمتع سخانات PFA بعمر مقبول يتراوح من 5 إلى 10 سنوات. للتطبيقات الصناعية فوق 50 درجة، لا ينصح بـ PFA. يوفر اختبار صلابة Shore D السنوي طريقة بسيطة{27}}غير مدمرة لتقييم التدهور والتنبؤ بتوقيت الاستبدال. زيادة الصلابة التي تزيد عن 15 وحدة أو أي تشقق واضح في السطح يتطلب استبدال السخان على الفور. مراقبة الصلابة والتحكم في درجة الحرارة والاستبدال قبل الفشل. الكلور ودرجة الحرارة المرتفعة هما أعداء PFA؛ إدارة كليهما، وسوف يستمر السخان الخاص بك.
