Colonna rivestita PTFENell’industria chimica e farmaceutica la protezione dalla corrosione di prodotti a base metallica, gioca un ruolo importantissimo sia per l’incidenza che ha sui costi operativi, sia per il contributo che dà alla sicurezza dell’impianto.
Rispetto ad altre soluzioni, la combinazione tra forza dei metalli e resistenza quasi illimitata agli agenti chimici e alle alte temperature dei rivestimenti anticorrosione in fluoropolimeri fluorurati, in particolare del PTFE, permettono di proteggere tubi, compensatori, colonne e serbatoi dalla corrosione in applicazioni altamente corrosive con un rapporto prezzo/prestazione imbattibile.
I fluoropolimeri, in combinazione con il processo dell’estrusione in pasta, sono in grado di resistere a molti agenti aggressivi, a temperature che superano i 100° C.

Le società chimiche controllano regolarmente l’efficacia dei sistemi di protezione dalla corrosione e dei rivestimenti anticorrosione. Nei vari test vengono messi a confronto differenti materiali e metodi, con un’attenzione particolare alle loro caratteristiche e al loro rendimento economico.

Proprietà Metodo Test Dyneon PTFE Dyneon TFM
Peso specifico [g/cm3] DIN EN ISO 12086 2.15….2.18 2.15….2.18
Resistenza alla trazione a temperatura ambiente DIN EN ISO 527-3 34…..42 35….47
Allungamento a rottura a temperatura ambiente DIN EN ISO 527-3 370…. 470 400….625
Coefficiente di Poisson DIN EN ISO 527-3 ≈ 0.4 ≈ 0.4
Modulo elastico a temperatura ambiente DIN EN ISO 527-3 600 630
Indice di allungamento a vuoto (?) (stretch void index) ASTM D 4894 300 60
Modulo di taglio DIN EN ISO 527-3 550….440 630….504
Deformazione sotto carico (carico di 15 N/mm2 dopo 100 h e 24 h di recupero = deformazione permanente) Similar to ASTM D 621, cylinder 10x10mm 17

11

9….10

4….4.5

Durezza della dentellatura della sfera DIN ISO 2039 Part 1, plate 4 mm 26 28
Durezza della sponda DIN EN ISO 868 56 59
Angolo di contatto con l’acqua Intern 126 126

Tabella 1: Confronto tra le proprietà di PTFE standard e modificato

Vantaggi della protezione anticorrosione in PTFE a prima vista

Il PTFE e il TFM appartengono al gruppo di fluoropolimeri perfluorurati e vengono integrati dal PFA termoplastico 3M della DYNEON. Tutti e tre i materiali sono caratterizzati da resistenza chimica quasi universale. PTFE e TFM sono termoplastici, ma possono essere trasformati in prodotti finiti solo attraverso un particolare processo di pressatura o estrusione, che porta ad una sinterizzazione, dovuta alla loro elevata viscosità di fusione.

Testa estrusore per tubi PTFE

Testa estrusore per la produzione di rivestimenti estrusi per Tubi in PTFE

Il TFM, un tipo di PTFE modificato di seconda generazione, si differenzia dal PTFE classico per la presenza in più del modificatore chimico PPVE. Il suo peso molecolare è all’incirca 5 volte inferiore rispetto al PTFE standard.

Per questo motivo, la viscosità del suo polimero fuso viene ridotta in maniera significativa e le particelle del TFM si fondono più facilmente a creare una microstruttura del polimero densa e a basso vuoto.

I vuoti, già presenti in basse quantità nel PTFE, vengono ridotti di due volte dalla fusione delle particelle, semplificata dalla minore viscosità di fusione. In questo modo aumenta l’effetto barriera del TFM e diminuisce il grado di permeabilità. Tutto questo fa aumentare il grado di protezione contro la corrosione, specialmente ad alte temperature. L’indice Stretch Void (SVI) permette di avere un’indicazione sui vuoti presenti. Si tratta del calcolo della tendenza alla formazione di ulteriori vuoti quando il materiale si tende e indica, perciò, come la coesione delle particelle e il processo di sinterizzazione eliminino ogni minima parte di vuoto.

A parte l’effetto barriera già menzionato, una presenza bassa di vuoti è importante anche durante la termoformatura.
Nell’area della flangia e degli augelli del tubo è necessario allargare il materiale di rivestimento anticorrosione, e questo può portare a un forte allungamento che porta a un aumento degli spazi vuoti. Un basso numero di vuoti in fase di allungamento del PTFE assicura il mantenimento della densità del materiale nella zona della flangia. Per questo motivo, il PTFE modificato è ancora più sicuro.

Il TFM è ormai il materiale più ricercato nell’industria chimico farmaceutica anche per applicazioni ad alte temperature e con carichi meccanici notevoli, grazie a un’alta resistenza alla deformazione sotto ai pesi e alla capacità di riassestarsi durante i cambiamenti di carico. Questo materiale è largamente utilizzato per la protezione contro la corrosione grazie alla combinazione di una vasta scala di temperatura di servizio (da -200° a +260°) e di una resistenza chimica quasi universale.
A questo si aggiungono le elevate proprietà di antiaderenza, isolamento elettrico e scorrevolezza.

Sostanza Temperatura °C Unità Dyneon PTFE Dyneon TFM
SO2 23 cm3/m2 x d x bar 360 210
HCl 54 cm3/m2 x d x bar 640 460
Cl2 54 cm3/m2 x d x bar 320 160
He 23 cm3/m2 x d x bar 3900 2600
O2 23 cm3/m2 x d x bar 320 180

Tabella 2: Permeazione dei differenti mezzi attraverso PTFE standard e modificato

Microstruttura compatta dei rivestimenti anticorrosione con un elevato effetto barriera

Le caratteristiche eccezionali dei rivestimenti e delle costruzioni speciali in PTFE prodotti utilizzando la tecnologia dell’estrusione da pasta sono la microstruttura omogenea e compatta ad elevato effetto barriera contro i fluidi aggressivi e la superficie estremamente levigata.

Tubi rivestiti ptfe

Tubi rivestiti in PTFE

Tutto questo è dovuto a un metodo di lavorazione speciale: per prima cosa il cosiddetto E-PTFE, che esiste in agglomerati (e-ptfe: viene prodotto secondo il metodo dell’emulsione di polimeri) viene lubrificato con un derivato della nafta e la superficie degli agglomerati e la grana che li compongono vengono bagnate.
Con questo processo la polvere del PTFE può essere quindi estrusa a temperatura ambiente tramite un estrusore e a questo punto possono essere prodotti tubi flessibili, tubi rigidi e fili.

Dopo l’estrusione, il derivato della nafta viene rimosso completamente tramite un processo di essicazione. Il prodotto estruso ottiene la sua forma definitiva nello step successivo, ovvero con la sinterizzazione.
Un’altra caratteristica dell’E-PTFE è quella di avere una grana molto sottile: con un diametro di circa 250 nm forma una superficie di contatto interna molto larga, condizione ideale per una perfetta coalescenza e per la formazione di una microstruttura di polimeri omogenea e compatta, con una superficie estremamente levigata. Non avendo una pressione dall’esterno, le particelle si fondono, in pratica, esclusivamente tramite l’effetto della cosiddetta pressione Laplace, generata dalla coalescenza stessa delle particelle. Nel caso del PTFE modificato, che ha addirittura una coalescenza delle particelle migliore, dovuta al peso molecolare ridotto, attraverso l’estrusione da pasta, si ottiene una microstruttura dei polimeri, che assomiglia molto al PFA DYNEON, processabile a livello termoplastico.

Gli ultimi calcoli di permeabilità del PTFE Dyneon, prodotto con estrusione di pasta, presso la Dr. Schnabel fatti con elio su superfici di 4 mm indicano una permeabilità ai gas più bassa del 50% rispetto agli estrusori RAM usati frequentemente. L’unico limite di questa estrusione di pasta è che tale processo può essere utilizzato solamente per la produzione di prodotti dalle forme semplici.

Applicazione del rivestimento anticorrosione

Quando si rivestono i tubi di acciaio, quelli di PTFE sinterizzato vengono inseriti nei tubi di acciaio dopo essere stati calibrati. Grazie alla memoria del PTFE, questi si assestano contro le pareti dei tubi di acciaio. Si evita in questo modo la formazione di spazi fra i due tubi che potrebbero essere causa di corrosione. Il tubo di rivestimento in PTFE viene allargato nell’area della flangia, e in questo modo i due tubi si agganciano senza altri step.

Compensatori di dilatazione in PTFE

I compensatori di dilatazione in PTFE compensano movimenti di sistemi di tubatura in materiali diversi

Il rivestimento anticorrosione allargato serve anche come sigillante fra le flange, senza che siano necessarie altre guarnizioni. Utilizzando questo metodo si possono rivestire in PTFE tubi che arrivano fino ad un diametro di 600 mm.

Secondo recenti studi di una società chimica, il PTFE e il TFM Dyneon sono i materiali che danno migliori risultati. Il TFM viene usato ad alte temperature grazie alla sua capacità di permeazione. L’estrusione di pasta, perciò, è il metodo più efficace per il rivestimento di tubi in acciaio di lunghezze rilevanti.

In questo modo, diversamente dal metodo di pressatura isostatica, è possibile produrre dei rivestimenti di tubo più lunghi in un’unica soluzione, riducendo il numero di connessioni fra le flange.

Simulazione massima espansione compensatori PTFE

Simulazione FEM di massima pressione operativa dei compensatori in PTFE prima della deformazione plastica

Rivestimenti per prodotti speciali

Quando non è possibile rivestire senza saldatura, dei segmenti di rivestimento ricavato dall’estrusione di pasta possono essere uniti gli uni agli altri. A seconda del tipo di PTFE, DR. SCHNABEL GMBH utilizza diversi metodi di saldatura per rivestimenti di protezione anticorrosione con spessore fino a 8 mm. Così, reattori, colonne o serbatoi, che presentano anche diversi ugelli, possono essere rivestiti in maniera sicura e protetti contro la corrosione. Con il TFM Dyneon è possibile saldare lunghezze fino a 4,000 mm. Nonostante il basso grado di permeabilità dei rivestimenti ad estrusione di pasta, alcuni fluidi, come l’HCL e l’Hf possono passare attraverso il rivestimento. I rivestimenti fatti con i tubi ad incastro offrono il vantaggio di far entrare questi liquidi in maniera controllata attraverso degli sfiati.

I compensatori di dilatazione in PTFE servono a compensare l’espansione termale nelle tubazioni di diverso materiale. Grazie alla loro capacità di aggiustamento, sono adatti in particolare per tubi in plastica anche rinforzata con fibra di vetro (GFRP).

I compensatori in PTFE sono utilizzati anche per l’assorbimento delle oscillazioni e delle vibrazioni, ad esempio sulle pompe. In questo caso, vengono sfruttate al massimo le proprietà del materiale: tolleranza del carico di lavoro e resistenza alla rottura rispetto ad altri materiali plastici e ad alcuni metalli.

Qui, per questioni di sicurezza il rivestimento anticorrosione è fatto di estrusi di pasta a basso vuoto ed evita la rottura nel caso di sovraccarichi meccanici. Per la durata dei compensatori, oltre alla qualità del materiale, è un dato importante anche lo spessore del PTFE. La Dr Schnabel ha sviluppato un metodo di produzione speciale per i compensatori in PTFE che evita sollecitazioni eccessive nell’area critica, vale a dire quella centrale, garantendo affidabilità operativa e sicurezza.
Con delle simulazioni, è possibile calcolare i limiti della temperatura di processo a temperature elevate, ad esempio a 150°.

Rivestimento in PTFE di tubi, colonne e serbatoi: protezione anticorrosione
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