Grynas PTFE yra vienas geriausių elektros izoliatorių, naudojamų pramoninėje įrangoje. Dėl šios savybės jis paprastai yra ypač vertingas panardinamojo šildymo įrenginiuose. Tačiau rezervuaruose, užpildytuose labai atspariais ir degiais organiniais tirpikliais, toks pat izoliacinis elgesys gali tapti paslėptu pavojumi. Skysčiui tekant lygiu PTFE paviršiumi, statinė elektra gali kauptis taip pat, kaip Van de Graaff generatorius kaupia krūvį dėl trinties ir judėjimo. Esant netinkamoms sąlygoms, susidaranti elektrostatinė iškrova gali uždegti tirpiklio garus. Naujos kartos laidūs PTFE kompozitai siūlo sprendimą – į šildytuvo apvalkalą įvedamas kruopščiai kontroliuojamas elektros laidumo lygis, leidžiantis saugiai išsisklaidyti statiniams krūviams, kol jie tampa pavojingi.
Anglies prisilietimas suteikia PTFE raminančią, statinę{0}}sklaidančią asmenybę, elektra izoliuotą paviršių paverčiantį paviršiumi, galinčiu švelniai pašalinti susikaupusį krūvį.
Kodėl statinė elektra tampa pavojinga tirpiklio šildymo sistemose
Daugelis pramoninių tirpiklių turi labai mažą elektros laidumą.
Pavyzdžiai:
Heksanas
Toluenas
Acetonas
Izopropilo alkoholis
Etanolis
Ketonų{0}}mišiniai
Kai šie skysčiai greitai cirkuliuoja aplink įprastą PTFE šildytuvą, skysčio ir labai izoliuojančio apvalkalo trintis gali sukelti elektrostatinį krūvį.
Tam tikromis eksploatavimo sąlygomis įkrovos kaupimąsi gali sustiprinti:
Didelis skysčio greitis
Siurblio recirkuliacija
Aptaškymas ar susijaudinimas
Sausa dujinė antklodė
Maža aplinkos drėgmė
{0}}Nelaidžios bako medžiagos
Jei įkrova negali saugiai išsisklaidyti, įtampos potencialas ilgainiui gali viršyti supančios atmosferos dielektrinį skilimo stiprumą.
Rezultatas gali būti elektrostatinė kibirkštis, galinti uždegti degius garus.
Laidžių PTFE kompozitų koncepcija
Naujas sprendimas apima pačios PTFE dervos modifikavimą.
Užuot naudoję gryną PTFE, gamintojai fluoropolimero matricoje paskirsto labai nedidelį kiekį laidžios užpildo medžiagos.
Įprasti laidūs priedai yra šie:
Anglies juoda
Anglies nanovamzdeliai
Grafitinės dalelės
Laidus anglies pluoštas
Koncentracija išlieka pakankamai maža, kad medžiaga vis tiek elgtųsi kaip PTFE, atsižvelgiant į atsparumą korozijai ir suderinamumą su procesu.
Tačiau elektrinis elgesys labai pasikeičia.
Ši plėtra sudaro pagrindąlaidus PTFE kompozitinis antistatinis šildytuvo apvalkalaskoncepcija dabar sulaukia dėmesio chemijos perdirbimo pramonėje.
Kaip laidūs užpildai keičia elektrines savybes
Grynas PTFE paprastai pasižymi itin didele varža, kuri yra maždaug:
10^18 omų-cm
Tai daro jį išskirtiniu izoliatoriumi.
Kai laidžios užpildo dalelės pasiskirsto visoje dervoje, tarp gretimų dalelių pradeda formuotis mikroskopiniai laidūs keliai.
Dėl to kompozitinės medžiagos savitoji varža gali sumažėti iki diapazono, artimesnio:
nuo 10^3 iki 10^6 omų-cm
Šis laidumas išlieka santykinai mažas, palyginti su metalais, tačiau jis tampa pakankamas, kad būtų galima lėtai išsklaidyti sukauptą statinį krūvį.
Svarbu tai, kad esant normaliai šildytuvo darbo įtampai medžiaga netampa pakankamai laidi elektrai, kad elgtųsi kaip trumpasis jungimas.
Vietoj to, kompozitas užima tarpinę elektrinę būseną, dažnai apibūdinamą kaip anti-statinė arba statinė išsklaidanti būsena.
Antistatinės{0}}medžiagos elgesio supratimas
Antistatinė medžiaga paprastai turi paviršiaus varžą tarp:
10^5 ir 10^12 omų kvadratui
Šiame diapazone įkrovos kaupimas yra kontroliuojamas išlaikant elektros saugą ir izoliacijos savybes.
Šis kontroliuojamas laidumas leidžia šildytuvo apvalkalui:
Užkirsti kelią vietiniam krūvio susidarymui
Sumažinkite elektrostatinės iškrovos riziką
Paviršiaus krūvius išsklaidykite palaipsniui
Pagerinkite saugą aplinkoje, kurioje daug tirpiklių
Tikslas yra ne perduoti elektros energiją, o užkirsti kelią pavojingo elektrostatinio potencialo kaupimuisi.
Vienodos užpildo dispersijos svarba
Vienas iš pagrindinių medžiagų inžinerijos iššūkių yra tolygiai paskirstyti laidus užpildą visoje PTFE matricoje.
Dėl prastos dispersijos gali atsirasti:
Lokalios izoliacinės zonos
Nenuoseklus anti{0}}statinis elgesys
Silpni elektros išsklaidymo keliai
Mechaniniai defektai
Paviršiaus nelygumai
Vienodas užpildo pasiskirstymas yra būtinas norint užtikrinti, kad visas šildytuvo apvalkalas veiktų nuosekliai visame paviršiaus plote.
Todėl gamybos metu itin svarbūs pažangūs mišinio ir ekstruzijos metodai.
Taikymas tirpikliais{0}}pagrįstose pramonės šakose
Thelaidus PTFE kompozitinis antistatinis šildytuvo apvalkalasŠi koncepcija yra ypač vertinga pramonės šakose, kuriose kontroliuojamos šilumos sąlygos apdoroja lakius organinius tirpiklius.
Įprastos programos apima:
Farmacijos gamyba
Smulki chemijos gamyba
Puslaidininkinis apdorojimas
Tirpiklių regeneravimo sistemos
Dengimo operacijos
Specialūs gavybos procesai
Tokiose aplinkose elektrostatinio užsidegimo rizika laikoma pagrindine proceso saugos problema.
Antistatinis šildytuvo apvalkalas tampa platesnio sprogimo prevencijos strategijos dalimi, kuri taip pat gali apimti:
Azoto antklodė
Sujungimo ir įžeminimo sistemos
Iš esmės saugūs prietaisai
Sprogimui{0}}atspari elektros įranga
Laidumo ir dielektrinio stiprumo balansavimas
PTFE laidumo įvedimas neišvengiamai keičia kai kurias jo pradines elektrines charakteristikas.
Dielektrinio stiprumo sumažinimas
Grynas PTFE pasižymi išskirtinai dideliu dielektriniu stiprumu.
Pridėjus laidžių užpildų, gali sumažėti:
Sugedimo įtampos galimybė
Elektros izoliacijos riba
Paviršiaus izoliacijos varža
Todėl norint išsaugoti saugias eksploatacines izoliacijos savybes, būtina kruopščiai suformuluoti.
Galimas poveikis cheminiam atsparumui
Kai kuriose kompozicijose laidūs priedai taip pat gali šiek tiek paveikti:
Atsparumas cheminiam prasiskverbimui
Ilgalaikis{0}}korozijos stabilumas
Mechaninis lankstumas
Paviršiaus lygumas
Nors šis poveikis paprastai yra nedidelis, jie išlieka svarbiais agresyvios cheminės aplinkos dizaino svarstymais.
Šiluminiai ir mechaniniai aspektai
Laidūs užpildai taip pat gali turėti įtakos šiluminėms ir mechaninėms apvalkalo medžiagos savybėms.
Galimi pakeitimai:
Pakeistas šiluminio plėtimosi elgesys
Padidėjęs standumas
Modifikuotas atsparumas dilimui
Šilumos laidumo pokyčiai
Visų pirma tiriamos anglies nanovamzdelių{0}}pagrįstos sistemos, nes jos gali pasiekti anti-statinį veikimą su mažesne užpildo įkrova nei tradicinės suodžių formulės.
Žemesni apkrovos lygiai padeda išsaugoti daugiau pirminių PTFE fizinių savybių.
Ateities medžiagų plėtros tendencijos
Laidžių fluoropolimerų sistemų tyrimai ir toliau sparčiai plečiasi.
Atsirandančios plėtros sritys apima:
Nano{0}}sukurti laidūs tinklai
Hibridiniai laidūs užpildai
Savaime-gyjantys antistatiniai paviršiai
Patobulinta dispersijos chemija
Padidintas cheminio atsparumo išlaikymas
Ateities medžiagos gali pasiūlyti geresnius derinius:
Statinis išsklaidymas
Mechaninis ilgaamžiškumas
Atsparumas korozijai
Elektros izoliacijos charakteristikos
Tikslas yra sukurti šildytuvų apvalkalus, optimizuotus specialiai sprogių tirpiklių aplinkai, neprarandant pagrindinių fluoropolimerų pranašumų.
Išvada
Laidieji PTFE kompozitai yra specializuota ir vis svarbesnė pramoninio panardinamojo šildymo technologijos plėtra. Į PTFE matricą įtraukus kruopščiai kontroliuojamą laidžios anglies kiekį, šios medžiagos įgyja galimybę saugiai išsklaidyti statinę elektrą, kartu išsaugant didžiąją dalį išskirtinio PTFE cheminio atsparumo ir suderinamumo su procesu.
Besivystančioje srityjelaidus PTFE kompozitinis antistatinis šildytuvo apvalkalastechnologija, pagrindinis tikslas yra ne elektros laidumas tradicine prasme, o kontroliuojamas elektrostatinio krūvio valdymas. Ši galimybė ypač vertinga tirpiklių{1}}apdirbimo pramonėje, kur viena statinė iškrova gali kelti didelį sprogimo pavojų.
Nors dielektrinis tobulumas gali šiek tiek sumažėti pridėjus laidžių užpildų, dėl to atsirandantis elektrostatinės saugos padidėjimas dažnai laikomas vertingu{0}}perkančiu. Pavojingų procesų aplinkoje saugiausios medžiagos yra ne tik tos, kurios atsisako chemiškai reaguoti, bet ir tos, kurios atsisako išlaikyti elektros pyktį.
