Labai grynos PFA klasės (mažos -pelenų, puslaidininkinės-klasės) nurodytos svarbioms programoms, kurioms reikia minimalių ekstrahuojamųjų medžiagų ir joninių teršalų. Šių rūšių pelenų kiekis yra mažesnis nei 0,01 % (palyginti su . 0.1–0,5 % standartinio PFA). Paradoksalu, bet didelėje-drėgmėje (didesnė arba lygi 80 % santykinio drėgnumo) labai gryni PFA šildytuvai gali greičiau suskaidyti dielektriką nei standartiniai PFA šildytuvai. Priežastis: standartiniame PFA yra metalų oksidų pėdsakų (kalcio oksido, magnio oksido, aliuminio oksido), kurie veikia kaip vandenį{10}}sugeriantys užpildai arba stabilizatoriai. Šie oksidai reaguoja su drėgme ir sudaro hidroksidus, kurie sunaudoja vandens molekules ir palaiko didelę elektrinę varžą. Labai gryname PFA trūksta{13}}šių drėgmę sugeriančių rūšių. Sugertos vandens molekulės lieka laisvos polimero matricoje, padidindamos jonų laidumą ir sumažindamos dielektrinį stiprumą. Esant aukštai-drėgmei, standartinis PFA elektros patikimumu gali pranokti itin-gryną PFA.
Drėgmės sugėrimo ir dielektrinio suskaidymo mechanizmas
PFA sugeria 0,03–0,10 % vandens pagal masę esant 100 % santykiniam drėgniui, priklausomai nuo temperatūros ir kristališkumo. Sugertos vandens molekulės yra judrios ir gali nešti jonų srovę veikiant elektriniam laukui. Dielektrinis suskaidymas įvyksta, kai elektrinio lauko stipris viršija medžiagos atsparumą, paprastai 15–25 kV/mm, kai naudojamas sausas PFA. Sugeriant drėgmę, skilimo stipris sumažėja iki 10–15 kV/mm esant 80 % santykiniam drėgniui ir 5–10 kV/mm esant 100 % santykiniam drėgniui.
Standartiniame PFA yra 0,1–0,5 % neorganinių užpildų -paprastai kalcio oksido, magnio oksido arba aliuminio silikato-, kurie pridedami kaip rūgšties akceptoriai, siekiant stabilizuoti polimerą apdorojimo metu. Šie oksidai yra higroskopiški: CaO reaguoja su H2O, sudarydamas Ca(OH)₂. Šiai reakcijai sunaudojamas laisvas vanduo, surišantis jį chemiškai. Surištas vanduo turi daug mažesnį mobilumą ir laidumą nei laisvas vanduo. Užpildo dalelės taip pat veikia kaip elektronų sklaidos centrai, padidindami skilimo kelio ilgį. Labai grynas PFA (pelenai<0.01%) has no such fillers. Absorbed water remains as free water, forming conductive pathways. The lower filler content also means fewer physical barriers to electron avalanche.
Dielektrinio stiprumo palyginimas: standartinis ir itin{1}}grynas PFA
| PFA laipsnis | Pelenų kiekis (%) | Vandens sugėrimas esant 80% santykiniam drėgnumui, 60 laipsnių (%) | Dielektrinis stipris (kV/mm) esant 80 % santykiniam drėgniui | Laikas iki izoliacijos varžos sumažėjimo (<100 MΩ) at 85°C, 85% RH | Tipiškas taikymas |
|---|---|---|---|---|---|
| Standartinis (pramoninis) | 0.15–0.30 | 0.05–0.07 | 12–15 | 8 000–12 000 valandų | Bendra pramoninė, didelė{0}}drėgmė |
| Aukštas{0}}grynumas | 0.05–0.10 | 0.06–0.08 | 11–13 | 5000–8000 valandų | Farmacija, maistas |
| Itin grynas-(mažas-pelenų kiekis) | 0.005–0.01 | 0.08–0.10 | 8–10 | 2000–4000 valandų | Puslaidininkių, kritinės laboratorijos |
| Itin{0}}grynas su sausikliu užpildu (specialybė) | 0,01–0,02 (pridėtas užpildas) | 0.04–0.06 | 11–14 | 6000–10 000 valandų | Didelė{0}}drėgmė + didelis grynumas |
| Standartiškai su drėgmės sugėrikliu | 0.20–0.40 | 0.04–0.06 | 13–16 | 10 000–15 000 valandų | Lauko, tropinė aplinka |
Lauko įrodymai iš Semiconductor Fabs
Puslaidininkių gamykloje sumontuoti itin{0}}grynieji PFA šildytuvai (pelenai<0.01%) in a wet bench with 85% RH, 85°C process temperature. The heaters averaged 2,500 hours before insulation resistance dropped below 100 MΩ, triggering ground fault alarms. The fab switched to standard PFA heaters (ash 0.2%) for the same application, expecting shorter life due to higher extractables. To their surprise, the standard heaters lasted 9,000 hours. Analysis showed the standard heaters had magnesium oxide filler that absorbed moisture, maintaining high resistivity. The ultra-pure heaters had no filler, and free water accumulated at the PFA-metal interface, causing leakage. The fab now uses standard PFA for high-humidity processes and reserves ultra-pure PFA for dry processes (<30% RH) where extractables are the primary concern.
Ultra{0}}Pure PFA sumažinimas naudojant drėgną paslaugą
Kai itin{0}}grynus PFA šildytuvus reikia naudoti didelės-drėgmės aplinkoje (pvz., puslaidininkiniuose šlapiuose stenduose su proceso-sukurta drėgme), dielektrinį patikimumą pagerina trys švelninimo būdai:
Azoto valymas: Į šaltą šildytuvo skyrių įveskite nuolatinį sauso azoto srautą. Teigiamas slėgis neleidžia drėgnam orui pasiekti PFA{1}}metalinės sąsajos. Azoto valymas pailgina izoliacijos atsparumo tarnavimo laiką 5–10 kartų.
Mažesnis vatų tankis: Sumažinkite elektrinio lauko įtempį dirbdami žemesne įtampa (pvz., 208 V vietoj 480 V) arba naudodami didesnį šildytuvą (mažesnis W/cm²). Mažesnis lauko stiprumas sumažina nuotėkio srovės varomąją jėgą.
Drėgmės surinkėjas: Į šalto skyriaus vidų įdėkite molekulinio sieto pakuotę (ceolitą arba silikagelį). Geteris sugeria drėgmę, kuri prasiskverbia per PFA. Getterį keiskite kas 6–12 mėnesių.
Tais atvejais, kai reikalingas ir didelis grynumas, ir didelė drėgmė (pvz., farmaciniai drėgni reaktoriai), nurodykite itin-gryną PFA su pridėtu drėgmę-stabilizuojančiu užpildu. Keletas gamintojų siūlo „aukšto-drėgmės laipsnio“ itin-gryną PFA su 0,01–0,02 % kalcio oksido arba sintetinį hidrotalcitą. Šios klasės išlaiko 12–14 kV/mm dielektrinį stiprumą esant 85 % santykiniam drėgniui, panašią į standartinį PFA, tuo pačiu išsaugant mažą ekstrahuojamųjų medžiagų kiekį.
Išvada: standartinis PFA pranoksta Ultra{0}}Gryną esant didelei drėgmei
Labai gryni (-mažo peleningumo) PFA šildytuvai rodo anksčiau dielektrinį suskaidymą didelės-drėgmės aplinkoje (didesnė arba lygi 80 % santykinio drėgnumo), nes jiems trūksta drėgmę -sugeriančių užpildų, esančių standartiniame PFA. Laisvas vanduo polimerinėje matricoje padidina jonų laidumą, sumažindamas dielektrinį stiprumą nuo 12–15 kV/mm iki 8–10 kV/mm. Standartinis PFA, kuriame yra 0,1–0,5 % pelenų, esant drėgnam naudojimui, gali 2–4 kartus viršyti itin gryną PFA. Inžinieriai neturėtų manyti, kad „grynesnis yra geriau“ visoms aplinkoms. Itin grynas PFA užtikrina maksimalų švarą, kai naudojamas sausas. Drėgniems darbams naudoti standartinis PFA arba itin grynas su drėgmę{20}}stabilizuojantis užpildas yra patikimesnis. Kai reikalingas mažas ekstrahuojamas kiekis ir didelė drėgmė, nurodykite azoto prapūtimą arba drėgmės surinkėjus. Dielektrinis skilimas dėl drėgmės yra konstrukcijos apribojimas, o ne medžiagos trūkumas. Derinkite PFA klasę su aplinka, o ne su teoriniu grynumo idealu. Esant drėgmei, šiek tiek pelenų yra gerai.
