Kako napredni PTFE kompoziti punjeni keramikom-poboljšavaju otpornost na habanje u plaštima grijača?

Čisti PTFE je odličan kemijski, ali mehanički mekan, poput jakog, skliskog voska. Konvencionalni plašt grijača od PTFE-a može se postupno istrošiti stalnim udarom čestica u spremniku s miješalicom koji sadrži čestice abrazivnih katalizatora ili mineralnu kašu. Nova generacija PTFE kompozita punjena je keramikom. Polimer je ojačan mikroskopskim česticama tvrde keramike, koje zajedno tvore omotač koji je otporan na jaku abraziju, ali još uvijek ima kemijsku inertnost koja je PTFE uopće učinila poželjnim.

Stvaranje PTFE kompozitnog grijača otpornog na habanje punjenog keramikom veliki je odmak u dizajnu uronjenog grijača za kemijski agresivna i mehanički neprijateljska okruženja. Moderni fluoropolimerni grijači izrađuju se tako da izdrže stalnu fizičku abraziju, a ne samo otpornost na koroziju.

Zašto čisti PTFE nije u funkciji abraziva
PTFE je visoko kemijski otporan i ima nisku površinsku energiju, ali je donekle mekan u usporedbi s metalima ili keramikom.

Mehanička ograničenja čistog politetrafluoretilena
Čisti PTFE može biti izložen: - uvjetima abrazivnog protoka

Površinsko ribanje.

Progresivni materijalni gubitak

Žljebovi i tragovi habanja

Smanjena debljina plašta

Preuranjeni kvar grijača

U miješanim spremnicima s suspendiranim krutim tvarima, turbulentni tok neprekidno bombardira površinu grijača česticama.

Primjeri su:

Mulj katalizatora

Suspenzije minerala

Grit u otpadnim vodama

Kristalne soli

keramički prah

PTFE je vrlo otporan na kemijske napade, ali njegova mekoća čini ga osjetljivim na dugotrajnu- mehaničku degradaciju.

Keramička punila za PTFE ojačanje
Nova metoda kompozita mijenja samu matricu PTFE-a.

Ugrađene keramičke čestice
Fini prah od keramičkih materijala kao što su:

Aluminij (Al2O3)

Silicij (SiO2)

miješaju se s PTFE smolom prije formiranja omotača.

Ove su čestice trajno ugrađene u polimerni okvir.

PTFE je obučen u minijaturni oklop.

Kako su kompoziti otporni na habanje
Pri udaru abrazivnih čestica na površinu kompozita:

Jake keramičke granule apsorbiraju velik dio energije udarca

Lokalno rezanje i dubljenje svedeno je na minimum

Uklanjanje PTFE-a postaje izazovnije

Trošenje površine značajno je smanjeno

Mekši fluoropolimer nije dopušteno stalno povlačiti. Keramičke čestice umetnute u polimer štite okolni polimer.

Povećanje otpornosti na trošenje može biti dramatično.

Otpornost na habanje mjerljivo poboljšana
Keramičko ojačanje bilo je učinkovito u laboratorijskom ispitivanju abrazije.

Otpornost na Taber abraziju
Tipični testovi trošenja kao što je Taber test abrazije općenito pokazuju da:

Gubitak mase znatno smanjen

Smanjeno trošenje na donjim površinama

Bolja dimenzionalna stabilnost

U nekim je formulacijama otpornost na abraziju poboljšana:

Najmanje faktor 10 u usporedbi s neispunjenim PTFE-om

To čini PTFE materijalom koji može izdržati visoko abrazivna industrijska okruženja, za razliku od toga što je samo kemijski otporan, ali mehanički krhak.

Zadržite kemijske prednosti PTFE-a
Jedna od velikih prednosti kompozita punjenih -keramikom jest ta da su osnovna kemijska svojstva PTFE-a u velikoj mjeri zadržana.

Još uvijek visoka kemijska inertnost
Kompozit još uvijek ima:

Dobra kemijska otpornost

Svojstva protiv-prianjanja

Otpornost na koroziju

Slabo upijanje vode

To omogućuje materijalu da funkcionira u uvjetima u kojima bi metalni plašti grijača brzo korodirali ili se zaprljali.

Zadržavanje neprianjajućih svojstava
Površina također zadržava mnogo od PTFE-ovog prepoznatljivog ponašanja niske adhezije, ali punilo uzrokuje skroman porast koeficijenta trenja.

Ovo pomaže u smanjenju:

Nakupljanje mulja

Obustajanje kristalizacijom

Lijepljenje čestica

Poteškoće s čišćenjem

Zašto je sadržaj punila tako pažljivo ograničen
0,5% do 1%. Sadržaj keramičkog punila treba pažljivo regulirati.

Fleksibilnost i otpornost
Uobičajeno punjenje punila je još uvijek prilično nisko kako bi se omogućilo:

Mogućnost obrade

Mehanička fleksibilnost

Zazor toplinskog širenja

Karakteristike oblikovanja

Visoko opterećenje punila moglo bi učiniti omotač:

Krhko

Teško za napraviti

Osjetljivo na lomljenje s toplinskim ciklusima

Kompozit je stoga pažljivo projektiran kompromis, a ne jednostavno povećanje tvrdoće.

Ustupci PTFE-a punjenog keramikom
Otpornost na habanje značajno je poboljšana, ali su se neka svojstva materijala promijenila.

Smanjena dielektrična čvrstoća
Uključivanje keramičkih čestica može neznatno pogoršati električnu izolaciju.

Mogući utjecaji uključuju:

Niža dielektrična čvrstoća

Dodatni mikroskopski rasjedi

Promijenjene karakteristike električnog sloma

Međutim, materijal je općenito vrlo dobar za primjene u izolaciji uronjenih grijača.

Povećano trenje na površini
U usporedbi s čistim PTFE-om:

Koeficijent trenja se nešto povećava.

Kliskost podloge lagano se smanjuje

s obzirom na većinu primjena-grijanja gnojnice ovo se općenito smatra dobrim ustupkom-s obzirom na poboljšanje otpornosti na abraziju.

Rastuće industrijske primjene
Tvrđi PTFE ispunjen -keramikom stvara nova industrijska tržišta za fluoropolimerne grijače.

Rudarstvo i prerada minerala
Rudarske operacije obično se suočavaju s uronjenim grijačima:

pijesak-koji nosi gnojnicu

Suspenzije drobljenih ruda

Tokovi abrazivnih procesa

U ovom okruženju životni vijek plašta punjenih keramikom dramatično se produljuje.

Pročišćavanje otpadnih voda
Sustavi otpadnih voda obično uključuju:

Suspendirana prašina

Silikatna prašina

Biološke čvrste tvari

mljevenje blata

U ovim uvjetima, konvencionalni fluoropolimerni grijači su skloni brzom trošenju, a kompozitna rješenja postaju sve poželjnija.

Kemijski reaktori koji koriste katalizator-krutog stanja
U kemijskim reaktorima sa suspendiranim česticama katalizatora, uronjeni grijači doživljavaju velika mehanička opterećenja.

Kompozitni omotač omogućuje PTFE grijačima da prežive:

Stalni nemir

Recirkulacija čestica

Protok gnojnice velike brzine

ali još uvijek otporan na korozivnu procesnu kemiju.

Toplinski i mehanički problemi
Proučava se i utjecaj keramičkih punila na toplinsko ponašanje.

Bolja dimenzionalna stabilnost
Punila mogu pomoći u smanjenju:

Toplinsko puzanje.

Površinska deformacija

Mehaničko trošenje pri opterećenju

To promiče dugoročnu stabilnost u sustavima s miješanjem-.

Potreba za konzervativnim dizajnom još uvijek postoji
Unatoč čvršćoj površini, dobra inženjerska praksa i dalje zahtijeva:

Kontrolirana gustoća vata

Ispravna raspodjela protoka

Kontrola vibracija

Ispravne potporne strukture

Kompozit poboljšava izdržljivost, ali ne eliminira zahtjev za prikladnim postavljanjem grijača i mehaničkim dizajnom.

Udaljavanje od skupih metalnih legura
Povijesno gledano, grijanje abrazivne kaše zahtijevalo je skupe egzotične metale.

Ograničenja metalnih rješenja
Čak-metali visokih performansi mogu biti osjetljivi na:

hrđati

Udubljenje (kože)

Erozija i sedimentacija

Skaliranje

Kemijska nekompatibilnost.

Drugi način je korištenje PTFE kompozita napunjenih keramikom. Pripremaju se miješanjem:

Otpornost na koroziju

Ne{0}}neprianjajuće ponašanje

Otpornost na abraziju

u jednom materijalnom sustavu.

Sažetak
Napredni PTFE kompoziti punjeni keramikom mijenjaju krajolik primjene fluoropolimernih grijaćih plašta u teškim industrijskim okruženjima. To je postignuto ugradnjom malih čestica aluminijevog oksida ili silicijevog dioksida u PTFE matricu, uvelike poboljšavajući otpornost na abraziju bez žrtvovanja kemijske inertnosti i niskog-ponašanja prljanja što PTFE tehnologiju čini jedinstvenom.

Kompozitni materijali sve se više preferiraju za uronjene grijače koji rade u miješanim suspenzijama, rudarskim sustavima, postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda i kemijskim reaktorima koji sadrže suspendirane krutine. Postoje manji kompromisi-u dielektričnoj čvrstoći i svojstvima trenja, ali prednosti u mehaničkoj izdržljivosti su značajne.

PTFE kompoziti punjeni keramikom-postupno ruše stereotip o 'mekom polimeru' i omogućuju grijačima-otpornim na koroziju da prodru u aplikacije koje su se dosad oslanjale na skupe i još uvijek krhke metalne legure. Budućnost kemijski otpornog grijanja sve više ovisi o materijalima koji kombiniraju inertnu kemiju sa stvarnom fizičkom otpornošću.