PFA 튜빙 팽윤(Swelling) 발생 원인

PFA 튜빙은 뛰어난 내화학성을 갖고 있지만, 특정 화학물질·온도·압력 조건에서 “팽윤(Swelling)” 현상이 발생한다.
팽윤은 단순한 변형이 아니라, 튜브의 기계적 강도·내압·치수 안정성을 직접적으로 낮추는 위험 요소다.
이 글은 PFA 팽윤이 실제로 언제, 왜 발생하는지 실무 기준으로 정리한다.

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1. PFA의 기본 구조와 특성

PFA 팽윤 메커니즘 단면도 이미지

PFA는 PTFE에 가까운 불소계 폴리머로
내화학성, 내열성(260℃), 비흡수성에 매우 강하다.

그러나 PFA의 특성상

1. 비정질 영역
2. 결정 영역
   이 공존하며, 비정질 영역이 화학물질을 흡수·확산시키기 쉬운 구조를 가진다.

이 때문에 특정 조건에서 부피 증가(팽윤)가 발생한다.

점검해야 할 요소는 크게 4가지다.
화학물질, 온도, 압력, 노출 시간.

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2. 화학적 요인 – 어떤 약품이 PFA를 팽윤시키는가

대부분의 강산·강알칼리에는 강하지만
다음 물질에는 팽윤 위험이 높다.

유기용제 확산도(비정질 vs 결정 구조) 이미지

2.1 대표적 팽윤 유발 약품

• 아민류 (Amine based solvent)
• 케톤류 (Acetone, MEK 등)
• 에스터류
• 특정 고농도 유기용제 (DMF, DMSO 등)
• 고온 IPA
• 불소계 용매 일부

이들은 PFA의 비정질 영역을 쉽게 침투해 폴리머 간격을 벌려 부피 증가를 일으킨다.

2.2 반도체 공정에서 실제 사례

• 고농도 IPA Flush 공정
• Photo Solvent 배관
• Slurry Additive 중 특정 유기계 첨가제
• 메탄올 기반 공정
• Resist Remover 라인

특히 고농도 IPA + 온도 상승 조합은 팽윤 리스크가 가장 높다.

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3. 온도 요인 – 온도 상승은 팽윤 속도를 가속한다

분자 운동 에너지 증가 → 확산 속도 증가 → 팽윤 가속.

온도별 팽윤 영향은 다음과 같다.

온도 범위	영향
20~30℃	거의 영향 없음
40~60℃	일부 유기용제에서 팽윤 시작
60~80℃	확산 속도 증가로 팽윤 가속
80℃ 이상	고압 + 유기용제 상황이면 변형 가능성 존재

특히 온도·농도·압력이 동시에 높으면 팽윤은 비선형적으로 증가한다.

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4. 압력 요인 – 내부압력이 높아질수록 팽윤이 확장된다

압력은 두 가지 방식으로 팽윤을 악화시킨다.

1. 용매가 폴리머 내부로 더 깊이 침투
2. 팽윤된 상태에서 기계적 팽창이 증가
3. 튜브 치수 변화(OD 증가, ID 증가)
4. 장기적으로 Stress Crack 유발

실제로 반도체 케미칼 배관에서
고압 펌핑 + 고온 IPA 라인은 변형 사고의 주요 원인이다.

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5. 시간 요인 – 노출 시간이 길수록 팽윤이 누적된다

PFA 팽윤은 “즉시 발생”이 아니라 “확산 기반”이므로 시간에 따라 누적된다.

PFA팽윤 시간 누적형 그래프

단기 1~2시간
거의 변화 없음

중기 12~48시간
비정질 영역에 용매 확산 증가

장기 72시간 이상
ID 증가, OD 팽창, 굴곡부 파이팅 증가
심하면 Fitting 누설까지 이어짐

특히 24시간 연속 순환 배관 시스템에서 위험성이 훨씬 높음.

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6. 팽윤이 실제로 가져오는 문제

PFA 팽윤은 단순한 치수 변화가 아니라, 아래 기능적 문제를 유발한다.

1. Fitting 체결부 누설 증가
   Ferrule Bite가 헐거워짐
2. 배관 Routing 변형
   굽힘부에서 치수 변화로 응력 집중 발생
3. 내압 저하
   Long-term pressure rating 감소
4. Pure Chemical Purity 오염
   침투·탈리(Extractable/Leachable) 증가
5. Valve·Flowmeter오류
   ID 변화로 유량계 보정값 틀어짐
6. 필터 하우징/튜빙 체결부 미세 누설

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7. 팽윤을 예방하는 실무 대책

너의 현업 기준에서 바로 적용 가능한 내용만 정리한다.

7.1 화학 적합성 먼저 체크

아민류·케톤류·고온 IPA는 PFA의 약점.
Compatibility Chart(Fluoropolymer) 확인 필수.

7.2 온도 낮추기

유기용제 Flush는 가능하면 40℃ 이하 유지.

7.3 압력 피크 완화

PFA 튜빙은 지속압력에는 강하지만
압력 스파이크(펌프 ON/OFF)에는 취약하다.

7.4 대체재 사용

• PTFE 튜빙
• SS316L 전환
• PFA Hard Tube에서 PVDF로 변경
  공정에 따라 이게 오히려 안정적이다.

7.5 튜브 두께(OD/ID) 증가

Wall Thickness가 두꺼울수록 팽윤 저항 증가.

7.6 배관 Routing 최소 곡률 유지

곡률이 작은 구간은 팽윤 시 Stress Crack 위험 커짐.

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8. 마무리

PFA 튜빙은 반도체·화학 산업에서 가장 널리 쓰이는 배관 소재지만
유기용제 + 온도 + 압력 + 시간 조합이 맞춰지면
확실히 팽윤(Swelling)이 발생한다.

PFA는 완벽한 소재가 아니다.
따라서 화학 적합성 확인, 온도·압력 관리, 대체재 고려 등
실무적 판단이 반드시 필요하다.

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