Hur möjliggör ledande PTFE-kompositer anti-statiska värmeslidor?

Pure PTFE är en av de bästa elektriska isolatorerna som används i industriell utrustning och denna kvalitet gör den i allmänhet extremt värdefull i applikationer för doppvärmning. Men inuti tankar som innehåller högresistiva, flyktiga organiska lösningsmedel kan samma isolerande egenskap vara en dold fara. När vätskan rör sig över den släta ytan av PTFE kan statisk elektricitet byggas upp, på samma sätt som en Van de Graaff-generator laddas upp via friktion och rörelse. Elektrostatisk urladdning kan orsaka antändning av lösningsmedelsångor under olämpliga förhållanden. En ny klass av ledande PTFE-kompositer ger ett svar. De introducerar en noggrant kontrollerad mängd elektrisk ledningsförmåga till värmemanteln. Detta gör att statiska laddningar kan skingras säkert innan de blir skadliga.

Lite kol ger PTFE en fridfull, statisk-avledande personlighet, som omvandlar en elektriskt isolerad yta till en som långsamt kan rinna av uppsamlad laddning.

Vid uppvärmning av lösningsmedelssystem kan statisk elektricitet vara farlig
Många industriella lösningsmedel har mycket låg elektrisk ledningsförmåga.

Exempel är:

Hexan

Toluen

Naglar, aceton

Isopropylalkohol

Etanol

Blandningar baserade på ketoner

Eftersom dessa vätskor strömmar med höga hastigheter över en vanlig PTFE-värmare, kan friktionen mellan vätskan och den mycket isolerande beläggningen orsaka elektrostatisk laddningsseparation.

Laddningsackumulering kan förbättras genom att under flera driftsförhållanden:

Hög vätskehastighet

Pumpcirkulation

Agitation eller stänk

Täckning med torr gas

Låg relativ luftfuktighet

Icke-ledande tankmaterial

Om laddningen inte kan laddas ur ordentligt, kan spänningspotentialen slutligen överstiga den omgivande atmosfärens dielektriska genombrottsstyrka.

Följden kan bli en elektrostatisk gnista som kan antända brandfarliga ångor.

Idén med ledande PTFE-kompositer
Den nya lösningen är att byta själva PTFE-hartsen.

Istället för ren PTFE sprider tillverkarna en liten mängd ledande fyllmaterial genom hela fluorpolymermatrisen.

Typiska tillsatser som är ledande är:

Kolsvart

Kolnanorör

Grafitpartiklar

Konduktiva kolfibrer

Fortfarande tillräckligt låg koncentration för att materialet fortfarande är väldigt likt PTFE när det gäller korrosionsbeständighet och processkompatibilitet.

Men de elektriska egenskaperna varierar drastiskt.

Denna forskning är grunden för konceptet med den ledande PTFE-komposit antistatiska värmemanteln som för närvarande uppmärksammas inom den kemiska bearbetningssektorn.

Hur ledande fyllmedel modifierar elektriska egenskaper
Ren PTFE har i allmänhet en utomordentligt hög volymresistivitet på ungefär:

10^18 ohm-cm.

Det är därför det är en mycket bra isolator.

När ledande fyllmedelspartiklar sprids i hartset bildas små ledande banor mellan intilliggande partiklar.

Detta kan minska resistiviteten hos kompositmaterialet till storleksordningen:

10^3 till 10^6 ohm cm

Denna konduktivitet är inte hög jämfört med metaller, men är tillräckligt hög för att tillåta en långsam bortledning av uppbyggd-statisk laddning.

Viktigt är att materialet inte blir ett elektriskt ledande material för att fungera som en kortslutning vid normala spänningar av värmarens driftspänning.

Istället är kompositen i ett mellanliggande elektriskt tillstånd, vanligen kallat anti-statisk eller statisk dissipativ.

Så fungerar anti-statiskt material
Anti-statiska material kännetecknas ofta av en ytresistivitet på mellan:

10^5 och 10^12 ohm/kvadrat

Laddningsackumulering i detta område regleras med elsäkerhet och isoleringsförmåga.

Denna reglerade ledningsförmåga gör att värmemanteln kan:

Förhindra uppbyggnad av lokala avgifter-

Minimera risken för elektrostatisk urladdning

Gradvis bortledning av ytladdningar

Förbättra säkerheten i-lösningsmedelsfyllda områden

Den är inte avsedd för ström, utan för att förhindra-uppbyggnad av skadlig elektrostatisk potential.

Vikten av jämn fördelning av fyllmedel
One of the main issues in materials engineering is the uniform dispersion of the conductive filler throughout the PTFE matrix.

Dålig spridning resulterar i:

Lokaliserade isolerande regioner

Anti-statisk skillnad

Svaga elektriska vägar för avledning

Mekaniska fel

Ytdefekter

Det är nödvändigt att fördela fyllmedlet jämnt så att hela värmemanteln fungerar jämnt över hela ytan.

Därför är avancerade blandnings- och extruderingsförfaranden ett måste under hela tillverkningen.

Lösningsmedelsbaserade-industritillämpningar
Det ledande PTFE-kompositkonceptet med antistatisk värmemantel är särskilt användbart i företag som bearbetar flyktiga organiska lösningsmedel under kontrollerade uppvärmningsförhållanden.

Typiska tillämpningar är:

Tillverkning av läkemedel

tillverkning av finkemikalier

Tillverkning av halvledare

System för återvinning av lösningsmedel

Beläggningsoperationer

Specialutvinningsprocesser

Fara för elektrostatisk antändning anses vara ett allvarligt processsäkerhetsproblem i sådana situationer.

Den anti-statiska värmemanteln är en komponent i en total explosionsförebyggande strategi som kan innefatta:

Täcke i kväve

Jordning och bindningssystem

Instrumentering Egensäkerhet

Elektrisk utrustning, explosionssäker-

Balans mellan konduktivitet och dielektrisk styrka
Införandet av konduktivitet till PTFE resulterar alltid i en modifiering av en del av dess ursprungliga elektriska egenskaper.

Minskning av dielektrisk styrka
Den dielektriska hållfastheten hos ren PTFE är extremt hög.

Tillsats av ledande fyllmedel kan minska:

Förmåga till spänningsavbrott

Isoleringsmarginal, elektrisk

Ytisoleringsmotstånd (

Därför bör den funktionella isoleringsprestandan hållas säker genom noggrann formulering.

Effekter på kemisk beständighetspotential
Konduktiva tillsatser kan också ha några mindre effekter på:

Beständighet mot kemisk permeabilitet

Lång-korrosionsbeständighet

Mekanisk böjlighet

Smidigare topp

Effekterna är vanligtvis små, men de är avgörande hänsyn vid utformningen av tuffa kemiska miljöer.

Termiska och mekaniska aspekter
De ledande fyllmedlen kan påverka mantelmaterialets termiska och mekaniska egenskaper.

Möjliga ändringar inkluderar:

Ändrade termiska expansionsegenskaper

Mer stelhet.

Slitstyrkan ändrades

Variation i värmeledningsförmåga

Särskilt intresse visas för system baserade på kolnanorör eftersom de har potential att ge anti-statiskt beteende vid lägre fyllmedelsladdningar än typiska kimröksformuleringar.

Lägre belastningsnivåer hjälper till att behålla fler av de ursprungliga fysiska egenskaperna hos PTFE.

Materialutvecklingstrender i framtiden
Forskningen om ledande fluorpolymersystem ökar markant.

Utvecklingsområden på gång är:

Nano-konstruerade ledande nätverk

Hybrid (ledande fyllningar)

Anti-statiska ytor med självläkande-

Bättre spridningskemi

Förbättrad kemikaliebeständighet Behåll

De framtida materialen kan presentera bättre mixar av:

Statisk urladdning

Mekaniskt motstånd

Motståndskraft mot korrosion

Elektriska isoleringsegenskaper (

Syftet är att konstruera värmehylsor som är speciellt designade för explosiva lösningsmedelssituationer samtidigt som de inneboende fördelarna med fluorpolymerer bibehålls.

Slutsatser
Konduktiva PTFE-kompositer är ett distinkt, allt viktigare genombrott inom disciplinen industriell doppvärmeteknik. Genom att inkludera exakt kontrollerade mängder ledande kol i PTFE-matrisen får dessa material kapaciteten att säkert ladda ur statisk elektricitet och ändå bibehålla det mesta av PTFE:s enastående kemikaliebeständighet och processkompatibilitet.

Tekniken för ledande PTFE-komposit antistatisk värmemantel är ett framväxande område, där huvudmålet inte är elektrisk ledning i traditionell mening utan kontrollerad elektrostatisk laddningshantering. Detta kan vara särskilt användbart i sektorer som använder lösningsmedelsbearbetning, där en enda statisk urladdning kan orsaka allvarliga explosiva hot.

Införandet av ledande fyllmedel kan orsaka viss försämring av dielektrisk perfektion, men fördelen med ökad elektrostatisk säkerhet anses ofta vara en rimlig avvägning-. I farliga processmiljöer är de säkraste materialen inte bara de som vägrar att reagera kemiskt. De är också de som vägrar hysa ett elektriskt agg.