Tại sao khả năng chống hóa chất lại quyết định việc lựa chọn vật liệu
Khả năng chịu hóa chất là yêu cầu kỹ thuật thường bị đánh giá thấp nhất trong thiết kế các chi tiết nhựa kỹ thuật. Một vật liệu đáp ứng tất cả các yêu cầu về cơ học và nhiệt có thể bị hỏng trong vòng vài giờ hoặc vài ngày sau khi tiếp xúc với hóa chất nếu tính tương thích không được đánh giá đúng cách. Không giống như kim loại, nơi tốc độ ăn mòn tương đối dễ dự đoán và được ghi chép đầy đủ, khả năng kháng hóa chất của nhựa phụ thuộc vào sự tương tác giữa hóa học polymer, trạng thái ứng suất, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và nồng độ hóa chất. Hai vật liệu có tính chất cơ học gần như giống hệt nhau có thể có các đặc tính kháng hóa chất hoàn toàn khác nhau, và một vật liệu có khả năng chống lại một hóa chất ở nhiệt độ phòng có thể bị hỏng nhanh chóng khi hóa chất đó ở nhiệt độ quá trình.
Hướng dẫn này cung cấp một khung tham chiếu toàn diện để đánh giá tính tương thích hóa học giữa các loại nhựa kỹ thuật và các hóa chất mà chúng tiếp xúc trong quá trình sản xuất, vận hành, làm sạch và tiệt trùng. Các bảng tương thích và hướng dẫn ứng dụng dưới đây bao quát các loại nhựa kỹ thuật nhiệt dẻo thường được chỉ định nhất trong các nhóm hóa chất mà các kỹ sư thường xuyên gặp phải.
Hiểu về cơ chế tấn công hóa học đối với nhựa
Nhựa bị hư hỏng trong môi trường hóa học thông qua một số cơ chế riêng biệt, và việc hiểu rõ cơ chế nào áp dụng cho ứng dụng của bạn là điều thiết yếu để lựa chọn vật liệu phù hợp và thiết kế thử nghiệm xác nhận chính xác. Quá trình hòa tan và phồng lên xảy ra khi hóa chất thấm vào polymer, làm gián đoạn các liên kết phân tử và gây ra hiện tượng mềm hóa, thay đổi kích thước cũng như mất các tính chất cơ học. Đây là cơ chế hư hỏng phổ biến nhất đối với các loại nhựa vô định hình như polycarbonate và ABS khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ. Các loại nhựa kỹ thuật bán tinh thể như POM, PA66, PPS và PEEK có khả năng chống phồng tốt hơn vì các vùng tinh thể không thấm hầu hết các hóa chất, hạn chế sự hấp thụ vào các vùng vô định hình giữa các tinh thể.
Sự phân hủy hóa học liên quan đến phản ứng hóa học thực sự giữa polymer và môi trường. Quá trình thủy phân tấn công các liên kết este, amide và cacbonat trong chuỗi chính của polymer, làm đứt các chuỗi phân tử và làm giảm trọng lượng phân tử, dẫn đến sự suy giảm tương ứng về các tính chất cơ học. PA66 và PA6 dễ bị thủy phân trong nước nóng và hơi nước có nhiệt độ trên 80 độ Celsius. PBT và PET dễ bị thủy phân trong nước nóng và dung dịch kiềm. Polycarbonate dễ bị thủy phân trong nước nóng và môi trường chứa amin. POM dễ bị thủy phân do axit xúc tác, với các axit mạnh tấn công các liên kết acetal.
Nứt do ứng suất môi trường là cơ chế hư hỏng hóa học nguy hiểm nhất vì nó đòi hỏi sự hiện diện đồng thời của tác động hóa học và ứng suất kéo, trong khi chất hóa học đó có thể không gây ăn mòn rõ rệt đối với vật liệu không chịu ứng suất. ESC xảy ra khi một tác nhân hóa học không phải là dung môi mạnh đối với polymer nhưng vẫn làm giảm năng lượng cần thiết cho sự lan truyền vết nứt, gây ra hư hỏng giòn ở mức ứng suất thấp hơn nhiều so với giới hạn chảy của vật liệu. Polycarbonate rất dễ bị ESC bởi nhiều hóa chất thông thường, bao gồm rượu, acetone và nhiều chất hoạt động bề mặt. Nylon vô định hình dễ bị ESC do các dung dịch clorua kẽm như muối rải đường. POM dễ bị ESC do các axit mạnh và một số hợp chất clo hóa. PEEK và PPS có khả năng chống ESC rất cao, đây là một trong những lý do chúng được chỉ định cho các ứng dụng xử lý hóa chất đòi hỏi khắt khe nhất.
Bảng tương thích các họ hóa chất
| Họ hóa học | PA66 | POM | Máy tính cá nhân | PBT | PPS | PEI | PEEK | PTFE |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nước (23 độ C) | G | E | G | E | E | G | E | E |
| Nước (trên 80°C) | F | G | F | F | E | G | E | E |
| Hơi nước (trên 100°C) | P | F | P | P | E | G | E | E |
| Axit loãng (10%, 23 °C) | P | F | G | G | E | G | E | E |
| Axit, dạng cô đặc (23 °C) | P | P | F | F | E | F | G | E |
| Axit, Chất oxy hóa | P | P | P | P | F | P | P | E |
| Chất kiềm, loãng (10%, 23 °C) | G | F | F | F | E | F | E | E |
| Chất nền, dạng cô đặc (23 °C) | G | F | P | P | E | P | G | E |
| Hydrocacbon aliphatic | E | E | G | E | E | E | E | E |
| Hydrocacbon thơm | E | G | P | E | E | F | E | E |
| Các loại cồn (Methanol, Ethanol) | E | E | F | G | E | G | E | E |
| Các hợp chất xeton (Acetone, MEK) | E | E | P | G | E | P | E | E |
| Dung môi chứa clo | G | G | P | F | E | P | G | E |
| Este (Acetat etyl) | E | G | P | G | E | P | E | E |
| Nhiên liệu ô tô | E | E | F | E | E | G | E | E |
| Dầu động cơ, Dầu hộp số | E | E | G | E | E | E | E | E |
| Dầu phanh (DOT 3/4) | F | G | P | F | E | G | E | E |
| Chất làm lạnh (R134a, R1234yf) | E | E | G | E | E | E | E | E |
| Hydrogen peroxide (3-30%) | P | P | G | G | E | G | G | E |
Xếp hạng: E = Xuất sắc, không có tác động đáng kể. G = Tốt, tác động nhỏ, có thể chấp nhận được đối với nhiều ứng dụng. F = Khá, chỉ nên tiếp xúc ở mức hạn chế, cần thử nghiệm. P = Kém, không được khuyến nghị. Tất cả các xếp hạng đều dựa trên nhiệt độ 23 độ C, trừ khi có ghi chú khác. Đây là những hướng dẫn chung; đối với các ứng dụng quan trọng, luôn nên tiến hành thử nghiệm cụ thể theo điều kiện vận hành thực tế.
Khả năng chống thủy phân: Thử thách từ nước
Thủy phân là phản ứng hóa học giữa nước với các liên kết trong chuỗi chính của polymer, làm đứt gãy các chuỗi phân tử và làm suy giảm vĩnh viễn các tính chất cơ học. Mức độ nhạy cảm với thủy phân thay đổi rất lớn giữa các họ polymer khác nhau và quyết định liệu một vật liệu có phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến nước nóng, hơi nước và môi trường ẩm ướt hay không.
PA66 và PA6 hấp thụ một lượng nước đáng kể, từ 2,5% đến 3,0% ở độ ẩm tương đối 50% và từ 8% đến 9% ở trạng thái bão hòa, điều này làm giảm mô-đun từ 25% đến 40% và độ bền kéo từ 15% đến 25% so với các tính chất khi còn khô sau khi đúc. Đây là một hiện tượng vật lý có thể đảo ngược, không phải là quá trình thủy phân. Khi nhiệt độ nước vượt quá 80 độ Celsius, quá trình thủy phân không thể đảo ngược bắt đầu, tấn công các liên kết amide và làm giảm trọng lượng phân tử. Ở 100 độ Celsius, PA66 mất khoảng 50% độ bền kéo sau 1.000 giờ tiếp xúc với nước. Việc gia cố bằng sợi thủy tinh giúp giảm tốc độ mất tính chất nhưng không ngăn chặn được quá trình thủy phân. Đối với các ứng dụng trong nước nóng trên 80 độ C, không nên sử dụng PA66 và cần xem xét các vật liệu thay thế.
POM có khả năng chịu nước nóng tốt hơn PA66, với hiệu suất chấp nhận được khi tiếp xúc với nước ở nhiệt độ lên đến khoảng 80 độ Celsius trong thời gian dài và lên đến 100 độ Celsius khi tiếp xúc gián đoạn. Liên kết acetal có khả năng chống thủy phân tốt hơn liên kết amide. Tuy nhiên, POM không được khuyến nghị sử dụng trong môi trường tiếp xúc liên tục với hơi nước. PBT có khả năng chống nước tốt ở nhiệt độ lên đến 60 độ C nhưng sẽ bị thủy phân ở nhiệt độ cao, đặc biệt là trong môi trường kiềm. PPS, PEEK và PTFE về cơ bản miễn nhiễm với quá trình thủy phân ở bất kỳ nhiệt độ thực tế nào, vẫn giữ được các tính chất cơ học sau hàng nghìn giờ ngâm trong nước sôi và hơi nước. Điều này khiến chúng trở thành vật liệu được lựa chọn hàng đầu cho van hơi nước, các bộ phận của máy bơm nước nóng, cũng như thiết bị y tế và chế biến thực phẩm có thể tiệt trùng.
Khả năng chịu axit và bazơ
Khả năng chịu axit thay đổi rất lớn giữa các loại nhựa kỹ thuật và thường là yếu tố quyết định trong việc lựa chọn vật liệu cho thiết bị xử lý hóa chất. PPS có khả năng chống axit tốt nhất trong số các loại nhựa kỹ thuật nhiệt dẻo có thể gia công bằng phương pháp nóng chảy, có thể chịu được axit clohydric, axit sunfuric và axit photphoric đậm đặc ở nhiệt độ cao. Điều này khiến PPS trở thành vật liệu tiêu chuẩn cho vỏ bơm, thân van và các phụ kiện trong các ứng dụng xử lý axit.
PA66 có khả năng chống axit kém. Ngay cả các axit khoáng loãng ở nhiệt độ phòng cũng có thể tấn công các liên kết amide, dẫn đến sự suy giảm nhanh chóng các tính chất cơ học. POM có khả năng chống lại axit mạnh kém, các axit này xúc tác quá trình thủy phân liên kết acetal. POM không được khuyến nghị sử dụng cho bất kỳ ứng dụng nào có pH dưới 4. PEEK có khả năng chống lại hầu hết các axit ở nhiệt độ phòng rất tốt, ngoại trừ axit sunfuric và axit nitric đậm đặc, hai loại axit này tấn công PEEK ở nhiệt độ cao. PTFE có khả năng chống lại tất cả các loại axit ở mọi nhiệt độ, khiến nó trở thành vật liệu rào cản tối ưu cho các môi trường axit khắc nghiệt nhất, mặc dù độ bền cơ học thấp của nó đòi hỏi phải sử dụng nó làm lớp lót hoặc gioăng thay vì thành phần kết cấu.
Khả năng chịu kiềm có xu hướng khác biệt. PA66 và PA6 có khả năng chịu kiềm tốt, kể cả đối với dung dịch natri hydroxit đậm đặc, do liên kết amide tương đối ổn định trong điều kiện kiềm. POM chỉ có khả năng chịu kiềm ở mức trung bình vì các bazơ mạnh có thể tấn công liên kết acetal và cấu trúc đầu mút giúp ổn định polymer. Polycarbonate có khả năng chống kiềm kém vì liên kết cacbonat bị kiềm thủy phân nhanh chóng. PEEK có khả năng chống kiềm loãng tốt và khả năng chống kiềm đậm đặc ở nhiệt độ cao ở mức trung bình. PPS và PTFE có khả năng chống kiềm tổng quát tuyệt vời.
Khả năng chịu dung môi hữu cơ
Khả năng chịu dung môi hữu cơ chủ yếu phụ thuộc vào việc polymer đó là bán tinh thể hay vô định hình. Các polymer bán tinh thể, bao gồm PA66, POM, PBT, PPS và PEEK, có khả năng chịu được hầu hết các dung môi hữu cơ vì các vùng tinh thể không thấm, do đó hạn chế sự hấp thụ dung môi chỉ ở phần vô định hình. Các polyme vô định hình, bao gồm polycarbonate, PEI và polysulfone, bị phồng lên hoặc hòa tan bởi một dải rộng hơn nhiều các dung môi hữu cơ vì toàn bộ ma trận polyme đều có thể bị dung môi thâm nhập.
Các hydrocacbon aliphatic, bao gồm hexan, heptan, cồn khoáng và hầu hết các phân đoạn dầu mỏ, đều được tất cả các loại nhựa kỹ thuật thông dụng chịu đựng tốt mà không gây ra tác động đáng kể. Các hydrocacbon thơm, bao gồm benzen, toluen và xylen, gây ăn mòn polycarbonate và PEI thông qua hiện tượng phồng và nứt do ứng suất, nhưng được tất cả các loại nhựa kỹ thuật bán tinh thể dung nạp tốt. Các keton bao gồm acetone, MEK và MIBK tấn công polycarbonate mạnh mẽ, làm tan chảy một phần PEI và được các loại nhựa bán tinh thể dung nạp tốt. Các dung môi clo hóa, bao gồm metylen clorua, trichloroethylene và perchloroethylene, có tính ăn mòn mạnh đối với hầu hết các loại nhựa vô định hình và làm phồng một phần ngay cả các loại nhựa bán tinh thể ở nhiệt độ cao. PEEK và PTFE là các loại nhựa kỹ thuật có khả năng chống dung môi phổ biến nhất.
| Loại dung môi | Ví dụ | Nhựa chịu mài mòn | Nhựa không chịu lực |
|---|---|---|---|
| Hydrocacbon aliphatic | Hexan, Heptan, Dung môi khoáng | Tất cả các loại nhựa kỹ thuật thông dụng | Không có |
| Hydrocacbon thơm | Toluen, Xylen, Benzen | PA66, POM, PBT, PPS, PEEK, PTFE | PC, PEI, Polysulfone |
| Các hợp chất ketone | Acetone, MEK, MIBK | PA66, POM, PPS, PEEK, PTFE | PC, PEI, ABS |
| Dung môi chứa clo | Clorua metylen, TCE | PPS, PEEK, PTFE | PC, PEI, PA66 (hạn chế), POM (hạn chế) |
| Các loại cồn | Methanol, Ethanol, IPA | PA66, POM, PPS, PEEK, PTFE | PC (có nguy cơ ESC), PEI (hạn chế) |
| Este | Acetat etyl, Acetat butyl | PA66, PPS, PEEK, PTFE | PC, PEI, POM (hạn chế) |
Tuân thủ các quy định của FDA về tiếp xúc với thực phẩm và tương thích với nước uống
Đối với các ứng dụng liên quan đến tiếp xúc với thực phẩm, nước uống hoặc tiếp xúc với bệnh nhân trong thiết bị y tế, khả năng chịu hóa chất phải được đánh giá song song với việc tuân thủ các quy định pháp lý. Các tiêu chuẩn liên quan bao gồm FDA 21 CFR đối với các chất tiếp xúc với thực phẩm, Quy định 10/2011 của EU đối với vật liệu nhựa tiếp xúc với thực phẩm, NSF/ANSI 61 đối với các thành phần của hệ thống nước uống, và USP Class VI và ISO 10993 đối với tính tương thích sinh học của thiết bị y tế.
Copolymer POM được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận của thiết bị chế biến thực phẩm, bao gồm các bộ phận của băng tải, các chi tiết của máy chiết rót và cơ chế phân phối. Vật liệu này tuân thủ quy định FDA 21 CFR 177.2470 về tiếp xúc với thực phẩm và quy định EU 10/2011 sau khi đã thực hiện các thử nghiệm di chuyển phù hợp. POM có khả năng chịu được hầu hết các sản phẩm thực phẩm, bao gồm dầu, mỡ, các sản phẩm từ sữa và axit thực phẩm loãng ở nhiệt độ môi trường và nhiệt độ vừa phải. Các loại thực phẩm nóng có tính axit ở nhiệt độ trên 80 độ C cần được đánh giá cẩn thận do nguy cơ phân hủy do axit xúc tác.
PEEK là loại nhựa kỹ thuật tiếp xúc với thực phẩm có hiệu suất cao nhất, chịu được quá trình tiệt trùng bằng hơi nước ở nhiệt độ 134 độ C trong hàng nghìn chu kỳ, quá trình làm sạch hóa học CIP (làm sạch tại chỗ) lặp đi lặp lại bằng các dung dịch kiềm và axit mạnh, cũng như tiếp xúc kéo dài với mọi loại thực phẩm ở nhiệt độ chế biến. PEEK tuân thủ các yêu cầu của FDA, EU và USP Class VI. PPS có khả năng kháng hóa chất tốt cho chế biến thực phẩm ở nhiệt độ cao nhưng thường chỉ được sử dụng trong các ứng dụng không tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm, nơi màu sẫm và hàm lượng chất độn của nó không gây ảnh hưởng đến thẩm mỹ. PTFE cung cấp khả năng kháng hóa chất toàn diện cho các miếng đệm và gioăng trong chế biến thực phẩm, mặc dù hiện tượng trượt dưới tải trọng của nó đòi hỏi phải có thiết kế miếng đệm chịu tải cơ học để duy trì lực làm kín theo thời gian.
Tính tương thích giữa chất tẩy rửa và quá trình tiệt trùng
Các thiết bị y tế, thiết bị chế biến dược phẩm và máy móc chế biến thực phẩm phải tiếp xúc với các hóa chất tẩy rửa và khử trùng có tính ăn mòn mạnh, có thể gây hư hại cho các loại nhựa không được lựa chọn dựa trên tính tương thích hóa học. Cần phải nắm rõ các phương pháp khử trùng thông dụng và tính tương thích của chúng với nhựa kỹ thuật ngay từ giai đoạn lựa chọn vật liệu.
Quá trình tiệt trùng bằng hơi nước ở nhiệt độ từ 121 đến 134 độ C tương thích với các vật liệu PEEK, PPS và PTFE trong hàng nghìn chu kỳ. PEI có thể chịu được từ 500 đến 1.000 chu kỳ tiệt trùng trước khi các tính chất bị suy giảm đáng kể. Không nên sử dụng POM và PA66 để tiệt trùng bằng hơi nước nhiều lần do quá trình thủy phân xảy ra ở nhiệt độ tiệt trùng. Tiệt trùng bằng khí ethylene oxide tương thích với hầu như tất cả các loại nhựa kỹ thuật vì nhiệt độ xử lý thấp, thường từ 40 đến 60 độ C, và khí này không gây phản ứng hóa học với hầu hết các loại polymer. Khử trùng bằng plasma khí hydro peroxide tương thích với PEEK, PEI, PPS và PTFE. PA66 và POM bị suy giảm do phản ứng hóa học của peroxide. Khử trùng bằng bức xạ gamma ở mức 25 đến 50 kGy gây ra hiện tượng giòn đáng kể ở POM và PTFE do sự đứt chuỗi do bức xạ gây ra. PEEK, PEI, PPS và PA66 có khả năng chịu bức xạ tốt hơn và được ưa chuộng hơn cho các ứng dụng khử trùng bằng tia gamma.
Các ví dụ ứng dụng thực tế
Một nhà sản xuất linh kiện hệ thống nhiên liệu ô tô đã chỉ định sử dụng vật liệu PA66 GF30 cho đầu nối đường ống nhiên liệu, vốn phải tiếp xúc với xăng, các hỗn hợp ethanol lên đến E85 và nhiệt độ dưới nắp ca-pô có thể đạt tới 130 độ C. Sự lựa chọn này đã chứng minh tính hiệu quả thông qua thử nghiệm ngâm trong nhiên liệu trong 5.000 giờ ở nhiệt độ đó với mức giảm độ bền kéo dưới 5%. Vật liệu POM thay thế được xem xét ban đầu sẽ không đáp ứng yêu cầu do hiện tượng nứt do ứng suất trong môi trường nhiên liệu pha ethanol.
Một nhà sản xuất thiết bị chế biến hóa chất đã lựa chọn vật liệu PPS GF40 cho vỏ bơm axit sunfuric hoạt động ở nhiệt độ 180 độ C với nồng độ axit sunfuric là 70%. Vỏ bơm bằng thép không gỉ mà nó thay thế đã bị ăn mòn rỗ tại khe hở đầu cánh quạt, dẫn đến sự suy giảm hiệu suất ngày càng nghiêm trọng. Vỏ bơm làm từ PPS đã loại bỏ hoàn toàn hiện tượng ăn mòn và giảm chi phí linh kiện xuống 45%. Sau ba năm vận hành liên tục, vỏ bơm PPS không ghi nhận bất kỳ dấu hiệu ăn mòn hóa học nào có thể đo lường được và đã được đưa trở lại hoạt động sau khi kiểm tra định kỳ.
Một nhà sản xuất thiết bị y tế đã lựa chọn vật liệu PEEK cho tay cầm của dụng cụ phẫu thuật, vốn yêu cầu phải chịu được 1.000 chu kỳ tiệt trùng bằng hơi nước ở nhiệt độ 134 độ C. Các vật liệu cạnh tranh được đánh giá bao gồm PEI, loại vật liệu này xuất hiện hiện tượng nứt bề mặt sau 600 chu kỳ, và PPS GF40, loại vật liệu này đáp ứng yêu cầu tiệt trùng nhưng không vượt qua bài kiểm tra va đập sau khi tiệt trùng do tính giòn vốn có của PPS có hàm lượng chất độn cao. PEEK đáp ứng được các yêu cầu về khả năng chịu tiệt trùng, độ bền va đập và tính tương thích sinh học trong cùng một loại vật liệu.
Một nhà sản xuất thiết bị chế biến thực phẩm (OEM) đã thay thế thanh dẫn xích băng tải từ thép không gỉ sang copolymer POM, nhờ đó loại bỏ nhu cầu bôi trơn bên ngoài và giảm tiếng ồn xuống 8 dBA. Bộ dẫn hướng POM hoạt động liên tục trong môi trường rửa trôi, nơi luân phiên sử dụng nước nóng ở 85 độ C và dung dịch tẩy rửa kiềm có pH 12 ở 60 độ C. Sau 18 tháng vận hành, kết quả đo kích thước cho thấy mức mài mòn nằm trong giới hạn cho phép là 0,15 mm, và bộ dẫn hướng xích vẫn tiếp tục hoạt động bình thường.
Câu hỏi thường gặp
Làm thế nào để kiểm tra khả năng chịu hóa chất cho ứng dụng cụ thể của tôi?
Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn là ASTM D543, bao gồm việc ngâm các mẫu thử đúc sẵn vào hóa chất cần kiểm tra ở nhiệt độ ứng dụng trong một khoảng thời gian quy định, thường là 7 ngày đối với thử nghiệm sàng lọc và từ 30 đến 90 ngày đối với thử nghiệm chứng nhận. Đo lường sự thay đổi về khối lượng, kích thước và các tính chất cơ học trước và sau khi tiếp xúc. Đối với các ứng dụng liên quan đến ứng suất, tiến hành thử nghiệm dưới biến dạng không đổi bằng cách sử dụng thiết bị thử nghiệm dải uốn hoặc thiết bị thử nghiệm biến dạng không đổi theo tiêu chuẩn ASTM D1693 để đánh giá hiện tượng nứt do ứng suất môi trường. Luôn sử dụng mẫu thử đúc, không sử dụng mẫu gia công, vì bề mặt gia công có thể có cấu trúc tinh thể và ứng suất dư khác so với bề mặt đúc. Thử nghiệm ở nhiệt độ sử dụng thực tế, vì tốc độ ăn mòn hóa học có thể tăng gấp 2 đến 3 lần cho mỗi 10 độ tăng nhiệt độ.
Loại nhựa kỹ thuật nào có khả năng chống hóa chất tổng thể tốt nhất?
PTFE có khả năng kháng hóa chất gần như toàn diện, chịu được hầu hết các hóa chất ngoại trừ kim loại kiềm nóng chảy và flo nguyên tố ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, PTFE có độ bền cơ học thấp và không thể đúc phun. Trong số các loại nhựa kỹ thuật có thể đúc phun, PEEK mang lại sự kết hợp tốt nhất giữa khả năng kháng hóa chất rộng và hiệu suất cơ học, chịu được hầu hết các hóa chất ngoại trừ axit sunfuric và axit nitric đậm đặc cùng một số hợp chất halogen hóa ở nhiệt độ cao. PPS có khả năng kháng axit vượt trội so với PEEK, đặc biệt là đối với các axit khoáng đậm đặc ở nhiệt độ cao, nhưng khả năng chịu nhiệt lại thấp hơn một chút.
Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến mức độ kháng hóa chất?
Theo định luật Arrhenius, tốc độ ăn mòn hóa học tăng gấp đôi cho mỗi 10 độ C tăng thêm so với nhiệt độ phòng. Một vật liệu được đánh giá là “Tốt” ở 23 độ C có thể được đánh giá là “Kém” ở 80 độ C. Luôn tham khảo dữ liệu về khả năng chống ăn mòn hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ từ nhà cung cấp vật liệu. Theo nguyên tắc thực tiễn, hãy hạ mức đánh giá hiệu suất dự kiến xuống một bậc (từ “Xuất sắc” xuống “Tốt”, từ “Tốt” xuống “Khá”, từ “Khá” xuống “Kém”) cho mỗi lần nhiệt độ tăng thêm 40 độ so với nhiệt độ phòng, sau đó xác minh bằng các thử nghiệm cụ thể cho từng ứng dụng.
Tôi có thể sử dụng cùng một dữ liệu về khả năng chịu hóa chất cho các loại polymer có chứa sợi thủy tinh và không chứa sợi thủy tinh của cùng một loại polymer không?
Nói chung là có, bởi vì khả năng kháng hóa chất được quyết định bởi thành phần hóa học của ma trận polymer, chứ không phải chất độn. Tuy nhiên, việc gia cố bằng sợi thủy tinh có thể làm tăng tốc độ ăn mòn hóa học theo hai cách. Thứ nhất, giao diện sợi-ma trận tạo ra một đường dẫn cho hóa chất xâm nhập dọc theo bề mặt sợi, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc. Thứ hai, nếu chất hóa học tấn công chất phủ hoặc chất liên kết trên sợi thủy tinh thay vì chính polymer, sự suy giảm độ bám dính tại giao diện sẽ dẫn đến mất các tính chất cơ học, hiện tượng này trông giống như sự phân hủy hóa học. Đối với các ứng dụng quan trọng, hãy thử nghiệm loại sản phẩm có chất độn cụ thể thay vì chỉ dựa vào dữ liệu của sản phẩm không có chất độn.
Sự khác biệt giữa khả năng chịu hóa chất và khả năng chống nứt do ứng suất môi trường là gì?
Thử nghiệm khả năng chịu hóa chất đo lường sự thay đổi về trọng lượng, kích thước và các tính chất cơ học sau khi ngâm trong hóa chất mà không chịu ứng suất. Thử nghiệm khả năng chịu ESC đo lường thời gian đến khi hỏng hóc dưới độ biến dạng không đổi trong khi tiếp xúc với hóa chất. Một vật liệu có thể có khả năng chịu hóa chất xuất sắc khi đo bằng thử nghiệm ngâm, nhưng lại có khả năng chịu ESC kém. Polycarbonate là một ví dụ điển hình: vật liệu này chỉ thay đổi trọng lượng rất ít khi ngâm trong ethanol nhưng lại nứt vỡ chỉ trong vài phút khi chịu biến dạng kéo. ESC là hiện tượng bề mặt do hóa chất làm giảm năng lượng cần thiết cho sự lan truyền vết nứt; hiện tượng này không yêu cầu sự hấp thụ bên trong vật liệu hay phản ứng hóa học. Cả hai loại khả năng chống chịu này đều phải được đánh giá đối với các ứng dụng liên quan đến cả ứng suất và tiếp xúc với hóa chất.
