PTFE yra plačiai pripažintas kaip vienas iš labiausiai hidrofobinių inžinerinių polimerų, sudarančių vandens lašelius, kurie su minimalia sąveika nurieda nuo paviršiaus. Nepaisant šio ypatingo atsparumo drėgmei, nedidelis vandens kiekis gali būti lėtai absorbuojamas, kai ilgą laiką -veikia karštas vanduo, garai ar agresyvi drėgna cheminė aplinka. Nors ši sugerta drėgmė yra per maža, kad paveiktų mechaninį vientisumą, ji sukelia subtilius, bet išmatuojamus elektrinės elgsenos pokyčius, ypač naudojant aukšto-dažnio ar tikslumo jutiklius.
ĮPTFE vandens sugėrimo dielektrinės savybės, šis poveikis geriausiai suprantamas kaip mikroskopinis poliarizacijos elgesio pokytis kitaip elektriškai inertiškoje medžiagoje.
Drėgmės pasisavinimas PTFE: beveik{0}}nulis, bet nenulinis efektas
Standartinės vandens sugerties charakteristikos
Tipinė PTFE vandens sugerties specifikacija yra labai žema:
< 0.01% by weight after 24 hours of immersion
Ši vertė yra viena iš mažiausių polimerinėms medžiagoms ir atspindi labai ne-polinę PTFE molekulinę struktūrą ir tankų fluorintą paviršių.
Net ir ilgai veikiant, vandens įsisavinimas išlieka minimalus, todėl PTFE yra tinkamiausias pasirinkimas elektros izoliacijai drėgnoje ar korozinėje aplinkoje.
Paviršiaus{0}} lygio drėgmės įsiskverbimas
Nors tūrinė absorbcija yra nereikšminga, vandens molekulės gali būti laikinai susietos su:
Paviršiaus mikrotuštumos
Sąsajos regionai
Netoli{0}}paviršiaus amorfinės zonos
Ši lokalizuota drėgmė nesudaro ištisinių takų, bet yra pakankama, kad paveiktų dielektrinį elgesį labai mažu mastu.
Dielektrinis pastovus modifikavimas naudojant drėgmės pėdsakus
Kontrastas tarp PTFE ir vandens pralaidumo
Dielektrinės konstantos (santykinio laidumo) reikšmės išryškina net mažų drėgmės frakcijų jautrumą:
PTFE: apytiksliai2.1
Vanduo: apytiksliai80
Šis didelis skirtumas reiškia, kad net labai maža absorbuoto vandens dalis gali šiek tiek sutrikdyti efektyvų sudėtinės sistemos dielektrinį atsaką.
Tačiau kadangi absorbuota frakcija yra labai maža (<0.01%), the bulk dielectric constant change remains minimal and typically within tight engineering tolerances for most power and heating applications.
Didelis{0}}dažnio jautrumas
Esant aukštesniems dažniams, dielektrinis elgesys tampa jautresnis lokalizuotam molekulinės poliarizacijos poveikiui. Šiuo režimu absorbuotos vandens molekulės veikia kaip labai poliniai intarpai PTFE matricoje.
Sugertos vandens molekulės yra tarsi maži, nesąžiningi kondensatoriai, subtiliai keičiantys polimero elektrinį tylumą.
Šis poveikis ryškesnis:
RF jutimo aplinka
Talpinės lygio aptikimo sistemos
Aukšto{0}}dažnio prietaisai
Tikslios varžos matavimo sąrankos
Poveikis sklaidos koeficientui (nuostolių tangentas)
Padidėjęs dielektrinis nuostolis dėl drėgmės
Nors dielektrinė konstanta keičiasi tik nežymiai, sklaidos koeficientas (tan δ) yra žymiai jautresnis drėgmės buvimui.
Net ir nedidelis vandens įsisavinimas gali sukelti:
Padidėję dielektriniai nuostoliai
Didesnis energijos išsklaidymas kintamosios srovės laukuose
Nedidelis izoliacijos efektyvumo sumažėjimas esant aukštam dažniui
Taip atsitinka todėl, kad vandens molekulės įveda papildomus poliarizacijos atsipalaidavimo mechanizmus, kurių nėra sausame PTFE.
Nuo temperatūros{0}}priklausomas stiprinimas
Esant aukštesnei temperatūrai, padidėja molekulinis mobilumas, o tai gali sustiprinti:
Dipolio atsipalaidavimo poveikis
Sąsajų poliarizacijos nuostoliai
Nuo dažnio-priklausoma dielektrinė dispersija
Dėl to su drėgme{0}}susiję dielektriniai pokyčiai tampa labiau pastebimi karštoje ir elektra aktyvioje aplinkoje.
Inžinerinis tinkamumas pagal taikymo tipą
Galios dažnio šildymo sistemos (50/60 Hz)
Standartiniams panardinamiems šildytuvams ir pramoninėms šildymo sistemoms, veikiančioms tinklo dažniu:
Dielektrinis drėgmės sugėrimo poveikis yra nereikšmingas
Elektros izoliacijos charakteristikos išlieka stabilios
Neturi jokio reikšmingo poveikio šildytuvo veikimui
Itin žemas dažnis nesužadina su drėgme{0}}susijusių poliarizacijos mechanizmų.
Aukšto{0}}dažnio ir tikslios sistemos
Priešingai, specializuotos sistemos, veikiančios aukštesniu dažniu, gali patirti išmatuojamą poveikį, ypač kai PTFE naudojamas kaip:
Izoliacija jutiklių mazguose
Dielektrinė tarpinė medžiaga talpiniuose zonduose
RF matavimo sistemų struktūrinis palaikymas
Tokiais atvejais gali prireikti nedidelių dielektrinių poslinkių:
Kalibravimo reguliavimas
Kompensacija matavimo algoritmuose
Kontroliuojamos džiovinimo procedūros stabilizavimui
Drėgmės poveikio grįžtamumas
Terminis džiovinimas ir regeneravimas
Drėgmės{0}}sukelti PTFE dielektrinių savybių pokyčiai yra visiškai grįžtami. Kai medžiaga džiovinama arba kepama kontroliuojamomis sąlygomis:
Sugertas vanduo pašalinamas
Dielektrinė konstanta grįžta į pradinę padėtį
Atkuriamas sklaidos faktorius
Atkuriamas elektrinis stabilumas
Šis grįžtamumas patvirtina, kad veikiant drėgmei nevyksta jokių nuolatinių cheminių pakitimų.
Ilgalaikis{0}}elgesys drėgnoje aplinkoje
Stabilus, bet ne visiškai inertiškas atsakas
Nors PTFE dažnai apibūdinamas kaip chemiškai ir elektriškai inertiškas, ilgalaikis karštos ir drėgnos aplinkos{0}}buvimas sukelia silpną, bet išmatuojamą sąveiką su aplinka.
Ilgą laiką:
Gali būti nustatyta pėdsakų drėgmės pusiausvyra
Su paviršiumi{0}}susiję vandens sluoksniai gali išlikti dinamiškai
Dielektrinės savybės gali šiek tiek svyruoti dėl temperatūros ciklų
Šie pakeitimai išlieka labai maži, bet yra svarbūs didelio{0}}tikslumo sistemose.
Išvada
PTFE sugeria labai mažai vandens, paprastai mažiau nei 0,01 % masės, todėl tai yra viena atspariausių drėgmei{1}}dielektrinių medžiagų inžinerijoje. Tačiau net ir šis minimalus įsisavinimas gali subtiliai paveikti jo dielektrines savybes, ypač esant aukštiems dažniams, kai poliarizacijos efektai ir išsklaidymo nuostoliai tampa jautresni molekulinės masto sąveikoms.
ĮPTFE vandens sugėrimo dielektrinės savybės, pagrindinis poveikis yra ne masinės izoliacijos stiprumui, o smulkiam{0}}elektros elgesiui, ypač sklaidos faktoriaus reakcijai kintamuose laukuose.
Šis efektas, nors ir nereikšmingas daugeliui galios šildymo programų, tampa aktualus aukšto{0}}dažnio jutimo, matavimo ir tiksliosios elektroninės sistemose. Netgi inertiškumu garsėjančioje medžiagoje išlieka silpna ir grįžtama sąveika su vandeniu, o tai rodo, kad net patys atspariausi polimerai palaiko subtilų elektrinį dialogą su aplinka.
