Zašto bi vrlo čisti (s niskim -pepelom) PFA grijač mogao pokazati raniji dielektrični proboj u okruženjima visoke -vlažnosti?

Za bitne primjene koje zahtijevaju niske ekstrakcije i ionske zagađivače, navedeni su vrlo čisti PFA stupnjevi (niski -pepeo, poluvodički-). Ovi razredi imaju sadržaj pepela<0.01% (versus 0.1-0.5% for normal PFA). Paradoxically, very pure PFA heaters can show sooner dielectric breakdown than conventional PFA heaters in high humidity conditions (≥80% RH). That's because conventional PFA contains trace metal oxides (calcium oxide, magnesium oxide, aluminium oxide) that are water-absorbing fillers or stabilisers. These oxides react with moisture to generate hydroxides which devour water molecules and maintain high electrical resistance. These moisture scavenging organisms are absent in very pure PFA. The absorbed water molecules stay free in the polymer matrix, enhancing the ionic conductivity and reducing the dielectric strength. In high humidity environments, the electrical dependability of normal PFA can be better than ultra-pure PFA.

Mehanizam apsorpcije vlage i dielektričnog proboja
PFA zauzima 0,03-0,10% vode po težini pri 100% RH ovisno o temperaturi i kristaliničnosti. Apsorbirane molekule vode su pokretne i mogu provoditi ionsku struju u električnom polju. Ako je jakost električnog polja veća nego što materijal može izdržati, obično 15–25 kV/mm za suhi PFA, doći će do proboja dielektrika. Apsorbirana vlaga smanjuje probojnu čvrstoću na 10-15 kV/mm pri 80% RH i 5-10 kV/mm pri 100% RH.

Standard PFA usually comprises 0.1 to 0.5 percent inorganic fillers, often calcium oxide, magnesium oxide, or aluminium silicate, which are used as acid acceptors to stabilise the polymer during processing. These oxides are hygroscopic : CaO + H2O -->Ca(OH)2 Ova reakcija koristi slobodnu vodu i kemijski je povezuje. Vezana voda znatno je manje pokretljiva i vodljiva od slobodne vode. Čestice punila također služe kao točke raspršenja za elektrone, povećavajući duljinu puta proboja. Vrlo čisti PFA ne sadrži takva punila (pepeo<0.01%). The water that is absorbed is left as free water and creates conduction paths. Less filler content also means less physical impediments to electron avalanche.

Standardna PFA u odnosu na Utra-Pure PFA dielektričnu čvrstoću
Sadržaj pepela stupnja PFA (%) Upijanje vode na 60 stupnjeva, 80% RH ( %) Dielektrična čvrstoća (kV/mm) na 80% RH Vrijeme pada otpora izolacije (<100 MΩ) at 85°C, 85% RHTypical Application Standard (industrial) 0.15 – 0.30 0.05 – 0.07 12 – 15 8,000 – 12,000 hours Industrial general, high humidity
Visoka-čistoća 0.05-0.10 0.06-0.08 11-13 5000-8000 satiHrana, Farmaceutika
Ultra{0}}čist (nisko-pepela) 0,005–0.01 0.08–0.10 8–10 2,000–4000 sati Poluvodič, kritični laboratoriji
Ultra-čisto s punilom za sušenje (posebno) 0,01–0,02 (dodano punilo) 0,04–0.06 11–14 6,000–10 000 sati Visoka vlažnost + visoka čistoća
Standardno s hvatačem vlage 0,20–0.40 0.04–0.06 13–16 10,000–15.000 hTropsko, vanjske postavke
Terenski dokazi iz proizvodnje poluvodiča
Tvornica poluvodiča instalirala je ultra-čiste PFA grijače (pepeo<0.01%) in a wet bench with 85% RH, 85°C process temperature. Heaters lasted an average of 2,500 hours before the insulation resistance dropped below 100 MΩ and triggered ground fault alarms. For the same application the fab converted to normal PFA heaters (ash 0.2%) with an expectation of reduced life due to greater extractables. All the conventional heaters surprisingly survived 9000 hours. Analysis indicated that conventional heaters had magnesium oxide filler that absorbed moisture and so maintained high resistance. Ultra-pure heaters had no filler and free water built up at the interface to the PFA-metal resulting in leakage. The fab now uses normal PFA for high humidity procedures and reserves ultra-pure PFA for dry processes (<30% RH) when extractables are the main focus.

Ublažavanje Ultra-Pure PFA u vlažnoj službi
Za situacije visoke vlažnosti (npr. poluvodički mokri stolovi s procesno proizvedenom vlagom) gdje su potrebni grijači ultra-pure PFA, tri mjere ublažavanja poboljšavaju dielektričnu pouzdanost:

Pročišćavanje dušikom: Nanesite stalni mlaz suhog dušika na hladnu stranu grijača. Pozitivan tlak sprječava da vlažan zrak dodiruje PFA-metalno sučelje. Pročišćavanje dušikom povećava vijek trajanja otpornosti izolacije 5-10X.

Niža gustoća vata: Smanjite napon električnog polja radom na nižem naponu (208 V vs. 480V) i/ili upotrebom većeg grijača (niži W/cm²). Niža jakost polja smanjuje pogonsku snagu za struju curenja.

Sakupljač vlage: Instalirajte paket molekularnog sita (zeolit ​​ili silika gel) u hladnom području. Getter preuzima svu vlagu koja curi kroz PFA. Promijenite geter svakih 6 do 12 mjeseci.

Za primjene koje zahtijevaju visoku čistoću i visoku vlažnost (npr. farmaceutski vlažni reaktori), koristite ultra-čisti PFA s dodatnim punilom za-stabilizaciju vlage. Različiti proizvođači proizvode ultra-čisti PFA s "visokom-gradnjom vlažnosti" s 0,01-0,02% kalcijevog oksida ili sintetskog hidrotalcita. Ovi stupnjevi imaju dielektričnu čvrstoću od 12-14 kV/mm na 85% RH, slično normalnom PFA, uz zadržavanje niske ekstrakcije.

Zaključak: standardni PFA bolji je od Ultra-Pure pod visokom vlagom
Vrlo čist (nizak sadržaj pepela) Tamo gdje punilu nisu dodani apsorberi vlage, PFA grijači imaju tendenciju da se pokvare ranije nego normalni PFA u postavkama visoke vlažnosti (veća ili jednaka 80% RH). Slobodna voda u polimernoj matrici povećava ionsku vodljivost, a dielektrična čvrstoća opada s 12–15 kV/mm na 8–10 kV/mm. Standardni PFA s 0,1–0,5 % pepela preživjet će 2–4x dulje od ultra-čistog PFA u vlažnom radu. Inženjeri ne bi trebali pretpostaviti "čišće je bolje" u svim situacijama. Za suhe primjene, ultra-čisti PFA nudi najviši stupanj čistoće. U vlažnim primjenama poželjan je normalni PFA ili ultra-čisti s vlagom-stabilizirajućim punilom. Ako su za primjenu poželjne i niske ekstrakcije i visoka vlažnost, osigurajte pročišćavanje dušikom ili sakupljače vlage. Vlagom{20}}proboj dielektrika je ograničenje dizajna, a ne materijala. Odaberite PFA stupanj prema okruženju, a ne teoretskom idealnom čistoćom. Malo pepela je dobra stvar u vlazi.