Quels changements structurels se produiront sur le tissu en fibre de verre enduit de PTFE dans des environnements chimiquement corrosifs ?

Le tissu en fibre de verre enduit de PTFE est un matériau composite fabriqué en imprégnant un tissu en fibre de verre d'une dispersion de polytétrafluoroéthylène (PTFE), puis en frittant à haute température. Sa structure peut être divisée en deux parties : le revêtement PTFE et le tissu de base en fibre de verre.

 

Dans les environnements chimiquement corrosifs, les changements structurels dépendent du type, de la concentration et de la température du milieu corrosif, ainsi que du fait qu'il attaque principalement le revêtement ou le substrat. Examinons cela couche par couche du point de vue des fabricants de tissus en fibre de verre enduits de PTFE :

 

I. Evolution du revêtement PTFE : Extrêmement stable dans la grande majorité des cas

 

Le PTFE est reconnu comme le « roi des plastiques » en raison de ses liaisons carbone-fluor extrêmement fortes et de son inertie chimique exceptionnellement élevée. Dans les environnements chimiquement corrosifs courants (y compris l'eau régale bouillante, l'acide sulfurique concentré, l'acide nitrique concentré, les solvants organiques, etc.), sa structure de chaîne moléculaire ne subit pratiquement aucun changement chimique. Cependant, dans les conditions extrêmes suivantes, la structure sera endommagée :

 

1. Métaux alcalins fondus/solutions alcalines fortes (par exemple, sodium, potassium, hydroxyde de sodium à haute température)

 

- Changements structurels : les métaux alcalins extrairont les atomes de fluor du PTFE, provoquant une réaction de déshydrofluoration. Les groupes -CF₂- de la chaîne moléculaire sont détruits, formant des doubles liaisons carbone-carbone (-C=C-) et conduisant ensuite à la carbonisation.

- Manifestation macroscopique : Le revêtement passe du blanc laiteux/translucide au brun ou au noir, perd sa souplesse, devient cassant et se poudre. Il s’agit d’une dégradation chimique typique.

 

2. Agents fluorés forts et certains hydrocarbures halogénés (sous haute température et pression)

 

- Le fluor élémentaire (F₂), le trifluorure de chlore (ClF₃) et des agents similaires peuvent briser le squelette carbone-carbone, provoquant la décomposition du revêtement.

- Sous haute température et pression, certains solvants de type Fréon peuvent provoquer un gonflement important du PTFE. Bien qu'une réaction chimique ne se produise pas nécessairement, la structure physique souffre d'une cristallinité réduite, d'une expansion de volume et d'une perte de résistance dues à l'écartement des chaînes moléculaires.

 

3. Acides oxydants forts à haute température

 

- Une immersion prolongée dans de l'acide nitrique fumant ou de l'acide sulfurique concentré chaud peut oxyder lentement la surface du PTFE, introduisant des groupes polaires tels que les groupes carbonyle et hydroxyle et augmentant l'énergie de surface. Cependant, cela est rarement observé dans les applications conventionnelles.

 

Point clé : Pour la grande majorité des fluides chimiques, le revêtement PTFE lui-même est structurellement « inchangé ». Cependant, le problème réside souvent dans le fait qu'il n'est pas absolument imperméable, ainsi que dans sa morphologie physique.

 

II. Modifications du tissu de base en fibre de verre : le maillon faible de l'ensemble du matériau

 

Les principaux composants de la fibre de verre sont le dioxyde de silicium (SiO₂) et certains oxydes métalliques. Une fois cette partie corrodée, la structure globale du tissu haute température s’effondrera.

 

1. L’attaque fatale de l’acide fluorhydrique (HF)

 

- Changements structurels : HF subit une réaction spécifique avec SiO₂ : SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O. Le squelette en fibre de verre se dissout directement et disparaît.

- Manifestation macroscopique : La surface du tissu perd rapidement de sa résistance, devenant comme une peau douce avec seulement le revêtement restant, se déchirant facilement en tirant, avec une séparation à grande échelle entre le revêtement et le substrat. Il s’agit de la corrosion chimique la plus redoutée pour les matériaux à base de fibre de verre. Tant qu’il y a des trous d’épingle dans le revêtement ou des bords exposés, les dégâts sont dévastateurs.

 

2. Gravure lente par des alcalis forts (en particulier des alcalis concentrés chauds)

 

- Changements structurels : les ions OH⁻ rompent les liaisons siloxanes (-Si-O-Si-) dans le réseau vitreux, formant des silicates solubles. La surface de la fibre passe de lisse à rugueuse, avec des piqûres et des fissures de gravure apparaissant, le diamètre de la fibre s'amincissant et finalement se fracturant.

- Manifestation macroscopique : La résistance diminue continuellement, le tissu devient cassant et, lorsqu'il est plié, les fibres fracturées dépassent à travers le revêtement, provoquant la fissuration et le décollement du revêtement.

 

3. Médias acides (sauf acide fluorhydrique)

 

- Changements structurels : les acides courants (acide chlorhydrique, acide sulfurique, etc.) éliminent préférentiellement les composants non siliceux (tels que l'aluminium, les oxydes de calcium, etc.) de la fibre de verre, laissant principalement le squelette de silice. Ce processus est communément appelé « lixiviation », formant une structure microporeuse à la surface des fibres.

- Manifestation macroscopique : Le tissu devient plus dur et plus cassant, avec des changements de retrait, bien que la forme globale puisse être conservée. La force diminue en raison de la concentration du stress.

 

III. Changements au niveau de l'interface composite : échec caché

 

Souvent, les environnements chimiques n’attaquent pas de front mais pénètrent plutôt par les bords ou à travers des micro-défauts.

 

- Pénétration et délaminage : Les solvants organiques ou les solutions acides pénètrent à travers des trous d'épingle, des microfissures ou des bords coupés dans le revêtement PTFE, attaquant la fibre de verre. Les produits de réaction ou les liquides pénétrants s'accumulent à l'interface, générant une pression osmotique, provoquant le cloquage et le délaminage du revêtement PTFE du substrat en fibre de verre à grande échelle.

- Fissuration par corrosion sous contrainte : Le tissu haute température est sous tension lors de l'utilisation. La corrosion de la fibre de verre par des agents chimiques (en particulier des alcalis forts) agit en synergie avec les contraintes mécaniques, provoquant une propagation rapide des fissures le long de la direction radiale de la fibre, conduisant à une rupture soudaine du tissu avec une morphologie de rupture fragile au niveau de la rupture.

 

Dans des environnements chimiquement corrosifs, les changements structurels du tissu en fibre de verre enduit de PTFE peuvent être résumés comme suit : le revêtement « Roi des plastiques » reste presque aussi stable qu'une montagne, tandis que le tissu de base en fibre de verre, une fois pénétré ou attaqué, devient le talon d'Achille, entraînant la dissolution du squelette, le délaminage de l'interface et l'effondrement complet du matériau de l'intérieur vers l'extérieur.

 

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Les informations ci-dessus sont fournies par Jiangsu Aoke Nouveau matériau Technology Co., Ltd.

 

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