Kako vodljivi PTFE kompoziti omogućuju anti{0}}zaštitne grijače?
Ostavite poruku
Čisti PTFE jedan je od najboljih električnih izolatora koji se koriste u industrijskoj opremi i ta ga kvaliteta općenito čini izuzetno vrijednim u primjenama grijanja uranjanjem. Ali unutar spremnika koji sadrže visokootporna, hlapljiva organska otapala, to isto izolacijska svojstva mogu predstavljati skrivenu opasnost. Dok se tekućina kreće po glatkoj površini PTFE-a, može se nakupiti statički elektricitet, slično načinu na koji se Van de Graaffov generator puni trenjem i gibanjem. Elektrostatičko pražnjenje može uzrokovati paljenje para otapala u neodgovarajućim uvjetima. Nova klasa vodljivih PTFE kompozita daje odgovor. Oni unose pažljivo kontroliranu količinu električne vodljivosti u plašt grijača. To omogućuje da se statički naboji sigurno rasprše prije nego što postanu štetni.
Malo ugljika daje PTFE-u smirenu,-osobnost koja rasipa statički elektricitet, pretvarajući električki izoliranu površinu u onu koja može polako ispuštati prikupljeni naboj.
Kod zagrijavanja sustava otapala statički elektricitet može biti opasan
Mnoga industrijska otapala imaju vrlo nisku električnu vodljivost.
Primjeri su:
Heksan
Toluen
Nokti, aceton
Izopropilni alkohol
Etil alkohol
Smjese na bazi ketona
Budući da te tekućine teku velikim brzinama preko standardnog PTFE grijača, trenje između tekućine i visoko izolirajućeg premaza može uzrokovati razdvajanje elektrostatskog naboja.
Akumulacija naboja može se povećati u nekoliko radnih uvjeta:
Velika brzina tekućine
Cirkulacija pumpe
Uznemirenost ili prskanje
Pokrivanje suhim plinom
Niska relativna vlažnost
Nevodljivi materijali spremnika
Ako se naboj ne može ispravno isprazniti, naponski potencijal može konačno premašiti dielektričnu probojnu čvrstoću okolne atmosfere.
Posljedica može biti elektrostatička iskra koja može zapaliti zapaljive pare.
Ideja vodljivih PTFE kompozita
Novo rješenje je promijeniti samu PTFE smolu.
Umjesto čistog PTFE-a, proizvođači su raširili malu količinu vodljivog materijala za punjenje kroz fluoropolimernu matricu.
Tipični aditivi koji su vodljivi su:
čađe
Ugljikove nanocijevi
Grafitne čestice
Vodljiva karbonska vlakna
Još uvijek dovoljno niska koncentracija da je materijal još uvijek vrlo sličan PTFE-u u smislu otpornosti na koroziju i kompatibilnosti procesa.
Ali električna svojstva drastično variraju.
Ovo istraživanje je osnova za koncept vodljivog PTFE kompozitnog antistatičkog grijaćeg plašta kojem se trenutno pridaje pozornost u sektorima kemijske obrade.
Kako vodljiva punila mijenjaju električna svojstva
Čisti PTFE općenito ima izvanredno visok volumni otpor od oko:
10^18 ohm-cm.
Zbog toga je vrlo dobar izolator.
Kada su vodljive čestice punila raspršene u smoli, formiraju se male vodljive staze između susjednih čestica.
Ovo može smanjiti otpornost kompozitnog materijala na redoslijed:
10^3 do 10^6 ohm cm
Ova vodljivost nije visoka u usporedbi s metalima, ali je dovoljno visoka da omogući sporo rasipanje izgrađenog-statičkog naboja.
Važno je da materijal ne postane električni vodljivi materijal tako da djeluje kao kratki spoj pri normalnim naponima radnog napona grijača.
Umjesto toga, kompozit je u srednjem električnom stanju, koje se obično naziva anti-statički ili statički disipativni.
Kako funkcionira anti{0}}statički materijal
Anti{0}}antistatičke materijale često karakterizira površinski otpor između:
10^5 i 10^12 ohm/kvadrat
Akumulacija naboja u ovom rasponu regulirana je električnom sigurnošću i izolacijskim svojstvima.
Ova regulirana vodljivost omogućuje plaštu grijača da:
Spriječite lokalno nakupljanje{0}}naplata
Smanjite rizik od elektrostatičkog pražnjenja
Postupno rasipanje površinskih naboja
Povećajte sigurnost u područjima ispunjenim-otapalima
Nije namijenjen za napajanje, već za sprječavanje nakupljanja -štetnog elektrostatskog potencijala.
Važnost ravnomjerne raspodjele punila
Jedno od glavnih pitanja u inženjerstvu materijala je ravnomjerna disperzija vodljivog punila kroz PTFE matricu.
Loša disperzija rezultira:
Lokalizirana izolacijska područja
Anti{0}}statička razlika
Slabi električni putovi za disipaciju
Mehaničke greške
Površinske nesavršenosti
Punilo je potrebno ravnomjerno rasporediti kako bi kompletan grijaći plašt djelovao ravnomjerno po cijeloj površini.
Stoga su tijekom cijele proizvodnje nužni napredni postupci miješanja i ekstruzije.
Industrijske primjene-na bazi otapala
Koncept vodljivog PTFE kompozitnog antistatičkog grijača posebno je koristan u poduzećima koja prerađuju hlapljiva organska otapala pod kontroliranim uvjetima zagrijavanja.
Tipične primjene su:
Proizvodnja lijekova
proizvodnja finih kemikalija
Proizvodnja poluvodiča
Sustavi za obnavljanje otapala
Postupci premazivanja
Specijalni postupci ekstrakcije
Opasnost od elektrostatičkog paljenja smatra se ozbiljnim problemom sigurnosti procesa u takvim situacijama.
Anti{0}}antistatički grijač jedna je komponenta potpune strategije za sprječavanje eksplozije koja može uključivati:
Pokrivanje u dušiku
Sustavi uzemljenja i spajanja
Instrumentacija Intrinzična sigurnost
Električni uređaji, otporni-na eksploziju
Ravnoteža između vodljivosti i dielektrične čvrstoće
Uvođenje vodljivosti u PTFE uvijek rezultira modifikacijom dijela njegovih izvornih električnih svojstava.
Smanjenje dielektrične čvrstoće
Dielektrična čvrstoća čistog PTFE-a je izuzetno visoka.
Dodatak vodljivog punila može smanjiti:
Sposobnost proboja napona
Granica izolacije, električna
Otpor površinske izolacije (
Stoga radnu izolacijsku izvedbu treba osigurati pažljivom formulacijom.
Učinci na potencijal kemijske otpornosti
Vodljivi aditivi također mogu imati neke manje učinke na:
Otpornost na kemijsku propusnost
Dugotrajna-otpornost na koroziju
Mehanička savitljivost
Glatkiji vrh
Učinci su obično mali, ali oni su ključna razmatranja u dizajnu oštrih kemijskih okruženja.
Toplinski i mehanički aspekti
Vodljiva punila mogu utjecati na toplinska i mehanička svojstva materijala plašta.
Moguće promjene uključuju:
Promijenjene karakteristike toplinske ekspanzije
Više krutosti.
Promijenjena otpornost na habanje
Varijacije toplinske vodljivosti
Posebno se zanimanje pokazuje za sustave koji se temelje na ugljikovim nanocijevima budući da imaju potencijal za postizanje anti-statičkog ponašanja pri nižim opterećenjima punila od tipičnih formulacija čađe.
Niže razine opterećenja pomažu zadržati više izvornih fizičkih kvaliteta PTFE-a.
Trendovi razvoja materijala u budućnosti
Istraživanje vodljivih fluoropolimernih sustava u značajnom je porastu.
Razvojna područja u nastajanju su:
Nano-konstruirane vodljive mreže
Hibrid (vodljive ispune)
Anti{0}}statičke površine sa samozacjeljivanjem
Bolja kemija disperzije
Poboljšana kemijska otpornost Zadrži
Budući materijali mogu predstavljati bolje mješavine:
Statičko pražnjenje
Mehanička otpornost
Otpornost na koroziju
Svojstva električne izolacije (
Cilj je izraditi plašteve grijača koji su posebno dizajnirani za situacije s eksplozivnim otapalima, a da pritom zadrže inherentne prednosti fluoropolimera.
Zaključci
Vodljivi PTFE kompoziti osebujni su, sve važniji, napredak u disciplini industrijske tehnologije grijanja uranjanjem. Uključivanjem precizno kontroliranih količina vodljivog ugljika unutar PTFE matrice, ovi materijali dobivaju sposobnost sigurnog pražnjenja statičkog elektriciteta i još uvijek održavaju većinu izvanredne kemijske otpornosti PTFE-a i kompatibilnosti procesa.
Tehnologija vodljivog PTFE kompozitnog antistatičkog grijača je područje u nastajanju, gdje glavni cilj nije električna vodljivost u tradicionalnom smislu, već kontrolirano upravljanje elektrostatičkim nabojem. Ovo može biti posebno korisno u sektorima koji koriste obradu otapalima, gdje jedno statičko pražnjenje može izazvati ozbiljne prijetnje eksplozivom.
Umetanje vodljivih punila može uzrokovati određenu degradaciju dielektrične savršenosti, ali prednost povećane elektrostatičke sigurnosti često se smatra razumnim kompromisom-. U opasnim procesnim okruženjima najsigurniji materijali nisu samo oni koji odbijaju kemijski reagirati. Oni su također oni koji odbijaju gajiti električnu ljutnju.
