Vilka är de termiska och mekaniska egenskaperna hos glimmer som isolator i värmeplåtskonstruktion?

Inuti många industriella värmeplattor finns ett tunt flagnande material som isolerar det aktiva värmeelementet från den jordade metallkroppen. Detta material är glimmer och är viktigt i vissa värmaredesigner på grund av dess unika blandning av elektrisk isolering och hög temperaturstabilitet. Genom att känna till de termiska och mekaniska egenskaperna hos glimmer kan ingenjörer välja lämpligt isoleringsmaterial för bandvärmare, bandvärmare, patronvärmare och plattvärmesystem.

Vad är glimmerglimmer? En naturligt förekommande isolatorglimmer är en serie naturligt förekommande silikatmineraler som bryts upp till tunna, elastiska, transparenta ark. De två mest populära varianterna som används i elektriska uppvärmningsapplikationer är

Muskovitglimmer (kaliumaluminiumsilikat) - Den vanligaste sorten, med goda elektriska egenskaper och termiskt motstånd.

Omformulera meningen

Återgå till den ursprungliga meningen

Kopiera meningen

Synonymer

glimmer

glimmern

ett glimmer

mineralet glimmer

mineral glimmer

kvarts

det

glimmer glimmer

glittrande glimmer

liten glimmer

glimmers

glimmer-gillar

mineralet

detta mineral

utvinningen av glimmer

keramisk glimmer

glimmer-baserad

mineral

pigment

ädelstenar

mineraler

glimmers användning

mineraler som glimmer

silverglimmer

metallisk glimmer

färgad glimmer

skimrande

glimmerpartiklar

glitter

metallisk

materialet

Phlogopite glimmer (magnesiumaluminiumsilikat) – dielektrisk hållfasthet något lägre, men kontinuerlig temperaturklassificering högre, används i industriella värmare med hög temperatur.

Glimmer bryts och bearbetas till ark, filmer eller görs till former. Den kan hackas, genomborras eller formas runt värmeanordningar. Glimmerskivor är vanliga och belagda med motståndstråd, såsom nikrom eller motsvarande, för att göra en glimmervärmeelement för värmare.

Termiska egenskaper: Medium ledningsförmåga och hög temperaturbeständighet
En grundläggande egenskap hos glimmer är dess förmåga att motstå höga temperaturer utan att sönderfalla, avgasa eller förlora elektrisk isoleringsförmåga.

Maximala kontinuerliga drifttemperaturer varierar för olika glimmertyper:

Muskovitiskt glimmer: 932-1112 grader F (500-600 grader)

Phlogopite Glimmer: 700 till 800 grader (1292 till 1472 grader F)

Även kort exponering för högre temperaturer (till exempel 900–1000 grader för flogopit) är tänkbar, men att arbeta över den kontinuerliga gränsen under en utdragen tid leder till en gradvis förlust av mekanisk integritet och lägre isoleringsmotstånd.

Glimmer har en värmeledningsförmåga på cirka 0,5 till 0,7 W/m·K. Detta är mycket större än de flesta polymerisolatorer (t.ex. PTFE vid 0,25 W/mK) men mindre än keramiska isolatorer (t.ex. aluminiumoxid vid 25-30 W/mK). Den mellanliggande konduktiviteten tillåter värme att strömma från motståndstråden genom glimmerskiktet in i metallvärmarkroppen, men ger ändå elektrisk isolering.

Termisk expansionskoefficient - Mica har en skiktad kristallstruktur och expanderar därför anisotropiskt. Expansionen längs arkens plan är betydande, expansionen tvärs arken är mindre. Denna anisotropi är vanligtvis väl anpassad till metallvärmeelement i bra konstruktioner.

Elektriska egenskaper Hög dielektrisk hållfasthet Hög isolationsresistans
Mica är uppskattad för sin höga dielektriska styrka. För glimmer är värdet cirka 20 kV/mm (kilovolt per millimeter tjocklek). Genombrottsspänningen är i storleksordningen 4 000 volt för en standard glimmerskiva med 0,2 mm tjocklek, vilket är mycket högre än de vanliga matningsspänningarna på 240 V eller 480 V som används i industrivärmare.

Volymresistiviteten är extremt hög, vanligtvis i storleksordningen 10^13 till 10^15 Ω·cm vid rumstemperatur, sjunker avsevärt vid högre temperaturer men fortfarande tillräcklig för de flesta uppvärmningsanvändningar.

Den dielektriska konstanten (relativ permittivitet) för glimmer är i storleksordningen 6-8 och stabil över ett brett område av frekvenser och temperaturer.

Glimmer används också som en isolator för motståndstrådar som arbetar vid höga temperaturer som skulle smälta eller förkolna polymerisolatorer. Glimmer har elektriska egenskaper som är lämpliga för detta ändamål.

Mekaniska egenskaper: Flexibilitet, skör, känslig för fukt
Tunna glimmerskivor (0,05-0,5 mm) är flexibla, men tjocka glimmerskivor är spröda. Materialet kan vara böjt runt kurvor men skarpa veck gör att det spricker. Vid tillverkning av värmare stansas glimmer vanligtvis till exakta former med hål för anslutningsstift eller slitsar för motståndstråd.

Draghållfastheten är generellt låg och materialet är svag skjuvning. Glimmer ska inte användas som konstruktionselement utan ska vara mekaniskt uppburen av metallvärmarhuset eller klämplattor.

En nackdel är absorptionen av fukt. Glimmer är ett hygroskopiskt material. Fuktabsorption minskar ytisoleringsmotståndet och kan orsaka elektriskt läckage eller kortslutning. Således är glimmervärmare inte lämpliga för nedsänkning eller hög luftfuktighet om de inte är förseglade hermetiskt. En glimmervärmare som används måste "bakas ut" (första uppvärmningscykeln-) för att driva bort all absorberad fukt eftersom de initiala låga isoleringsvärdena inte rekommenderas.

Dålig motståndskraft mot nötning. Kanterna på grov metall kan skrapa eller pudra glimmerytor. Monteringen måste vara släta avgradade delar korrekt.

Glimmer, keramiska och polymerisolatorer – vad är skillnaden?
Tabellen nedan jämför glimmer med andra vanliga elektriska isoleringsmaterial för värmeelement:

Fastighetsglimmer (muskovit) keramisk (aluminiumoxid, steatit) polymer (PTFE, PEEK, silikon)
Max. kontinuerlig temperatur 500–600 grader 800–1200 grader (aluminiumoxid) PTFE: 260 grader ; PEK: 250 grader ; Silikon: 200ºC
Värmeledningsförmåga (W/mK) 0.5 - 0.7 25 - 30 (aluminiumoxid) PTFE: 0,25; Silikon: 0,2-0,3
Dielektrisk styrka (kV/mm) ~20 10 - 15(aluminiumoxid)PTFE: ~20, PEEK: ~20, Silikon: ~15
Flexibilitet i tunna ark Mekanisk flexibilitet Stel, spröd Flexibel (särskilt silikon)
Fuktbeständighet Låg (hygroskopisk) Utmärkt (icke-absorberande) Utmärkt (vatten-avvisande)
Vanliga typer av värmareBandvärmare, bandvärmare, patronvärmare kärnisolering Elpatron, hög-temperatur, ingjutna-i värmare, rörformiga värmareFlexibla värmeelement, låg-värmekuddar
Relativ kostnad Låg till måttlig Medel till hög Medel hög (PEEK)
Glimmerisoleringsapplikationer i värmeplattor
Glimmer används oftast vid tillverkning av värmeplattor.

Glimmerbandvärmare - Glimmer i form av böjda ark lindas runt en cylindrisk yta, med motståndstråd lindad över glimmern och ett andra glimmerlager ovanpå. Hela strukturen är fäst i ett metallband.

Glimmerremsvärmare - Platta eller krökta glimmerenheter som används för att värma upp plattor, formar och pressplattor.

Patronvärmarkärnor - Motståndstråd är tvinnad i spår på en keramisk kärna eller dorn, som är inkapslad i en glimmerskiva. Glimmern isolerar tråden elektriskt från det yttre metallhöljet.

Luftvärmare. Glimmer används i kanalvärmare för att isolera öppna-spolmotståndstrådar vid temperaturer över begränsningarna för polymerisolering.

Glimmer används vanligtvis i högtemperaturvärmare när driftstemperaturen överstiger gränsen på 200-260 C för PTFE eller kisel, men en tunn, formbar isolator krävs. Över 800 C används vanligtvis keramiska isolatorer (aluminiumoxid eller steatit), men de är inte flexibla.

Designhänsyn och begränsningar
Det är värt att notera att glimmer har många begränsningar som måste beaktas i värmarens design.

Fuktkänslighet - Glimmervärmare som har förvarats i en fuktig miljö bör "bakas ut" vid låg temperatur (100-150 grader) i många timmar innan full effekt sätts på. Förseglade avslutningar och inkapsling hjälper till att minska fuktinträngning.

Spröda under mekanisk belastning - Glimmerskivor kan splittras om värmarhuset dras åt för hårt eller om obalanser i termisk expansion orsakar tryckspänningar. Tillräckligt spelrum och fjäderbelastade klämanordningar rekommenderas.

Hög temperatursänkning isolationsmotstånd - Mica är fortfarande en utmärkt isolator vid höga temperaturer, men dess volymresistivitet sänks med flera storleksordningar. För tillämpningar med mycket hög spänning (säg 1000 V+) kan mer än ett lager glimmer eller tjockare glimmer behövas.

Ej för nedsänkning - Glimmer får aldrig vara i direkt kontakt med vätskor. Vatten kommer in och isoleringen brister snabbt och elen läcker ut. Elpatron är gjord med magnesiumoxid (MgO) pulver eller PTFE istället.

Slutsats: En tids-testad isolator för flera-värmeplattor med hög temperatur
Mica erbjuder en unik kombination av högtemperatur elektrisk isolering i en tunn formbar plåt. Glimmer kan fylla gapet mellan lågtemperaturpolymerer och styv högtemperaturkeramik, med kontinuerliga brukstemperaturer på 500–600 grader (muskovit) eller 700–800 grader (flogopit), dielektrisk hållfasthet på cirka 20 kV/mm och värmeledningsförmåga på 0,5–0,7 W.

Den är mycket lämpad för bandvärmare, bandvärmare och patronvärmarkärnor där flexibilitet, tunn profil och temperaturbeständighet behövs. Emellertid måste dess sprödhet, fuktupptagning och oförmåga att prestera i fuktiga miljöer övervinnas genom noggrann design och applicering. Valet av isoleringsmaterial är viktigt för elsäkerhet och termisk prestanda och glimmer är fortfarande ett beprövat val för ett brett utbud av industriella värmeplattor som arbetar i torra och höga temperaturer.