Kako provodljivi PTFE kompoziti omogućavaju anti-statički omotač grijača?

Čisti PTFE je jedan od najboljih električnih izolatora koji se koriste u industrijskoj opremi i ovaj kvalitet ga generalno čini izuzetno vrijednim u aplikacijama grijanja potapanjem. Ali unutar rezervoara koji sadrže visokootporne, isparljive organske rastvarače, ista izolaciona osobina može biti skrivena opasnost. Kako se tečnost kreće preko glatke površine PTFE-a, statički elektricitet se može nakupiti, slično načinu na koji se Van de Graaffov generator puni trenjem i kretanjem. Elektrostatičko pražnjenje može izazvati paljenje para rastvarača u neodgovarajućim uslovima. Nova klasa provodljivih PTFE kompozita daje odgovor. Oni uvode pažljivo kontroliranu količinu električne provodljivosti u omotač grijača. Ovo omogućava da se statički naboji bezbedno rasipaju pre nego što postanu štetni.

Malo ugljika daje PTFE-u mirnu, statičku{0}}ličnost, pretvarajući električki izolovanu površinu u onu koja može polako iskrvariti prikupljeno punjenje.

Prilikom grijanja sistema otapala statički elektricitet može biti opasan
Mnoga industrijska otapala imaju vrlo nisku električnu provodljivost.

Primjeri su:

Heksan

Toluen

Nokti, aceton

Izopropil alkohol

etil alkohol

Smjese na bazi ketona

Kako ove tekućine teku velikom brzinom preko standardnog PTFE grijača, trenje između tekućine i visokoizolirajućeg premaza može uzrokovati odvajanje elektrostatičkog naboja.

Akumulacija punjenja može se povećati pod nekoliko radnih uslova:

Velika brzina tečnosti

Cirkulacija pumpe

Uznemirenost ili prskanje

Pokrivanje suvim gasom

Niska relativna vlažnost

Nevodljivi materijali rezervoara

Ako se punjenje ne može pravilno isprazniti, potencijal napona može konačno premašiti dielektričnu probojnu čvrstoću okolne atmosfere.

Posljedica može biti elektrostatička iskra koja može zapaliti zapaljive pare.

Ideja o vodljivim PTFE kompozitima
Rješenje koje se pojavljuje je promjena same PTFE smole.

Umjesto čistog PTFE-a, proizvođači su raširili malu količinu provodljivog materijala za punjenje kroz fluoropolimernu matricu.

Tipični aditivi koji su provodljivi su:

Čađe

Ugljične nanocijevi

Grafitne čestice

Provodljiva karbonska vlakna

Još uvijek dovoljno niska koncentracija da je materijal još uvijek vrlo sličan PTFE-u u smislu otpornosti na koroziju i kompatibilnosti procesa.

Ali električna svojstva se drastično razlikuju.

Ovo istraživanje je osnova za koncept provodljivog PTFE kompozitnog antistatičkog grejnog omotača kojem se trenutno poklanja pažnja u sektorima hemijske obrade.

Kako provodljivi punioci mijenjaju električna svojstva
Čisti PTFE općenito ima izuzetno visoku zapreminsku otpornost od oko:

10^18 ohm-cm.

Zbog toga je veoma dobar izolator.

Kada su provodljive čestice punila raspršene u smoli, između susjednih čestica se formiraju male provodne staze.

Ovo može smanjiti otpornost kompozitnog materijala do reda:

10^3 do 10^6 ohm cm

Ova provodljivost nije visoka u poređenju sa metalima, ali je dovoljno visoka da dozvoli sporo rasipanje-nagomilanog statičkog naboja.

Važno je da materijal ne postaje električno provodljiv materijal tako da djeluje kao kratki spoj pri normalnim naponima radnog napona grijača.

Umjesto toga, kompozit je u srednjem električnom stanju, koji se obično naziva anti-statičkim ili statičkim disipativnim.

Kako funkcioniše anti-statički materijal
Antistatičke materijale često karakterizira površinski otpor između:

10^5 i 10^12 ohma/kvadrat

Akumulacija naelektrisanja u ovom opsegu je regulisana električnom sigurnošću i izolacionim performansama.

Ova regulirana provodljivost omogućava plaštu grijača da:

Spriječite nagomilavanje{0}} lokalnih naplata

Minimizirajte rizik od elektrostatičkog pražnjenja

Postepena disipacija površinskih naboja

Povećajte sigurnost u područjima{0}}punama rastvarača

Nije namijenjen za napajanje, već da spriječi-nakupljanje štetnog elektrostatičkog potencijala.

Važnost ravnomjerne distribucije punila
Jedno od glavnih pitanja u inženjerstvu materijala je ujednačena disperzija provodnog punila kroz PTFE matricu.

Loša disperzija rezultira:

Lokalizirane izolacijske regije

Anti-statička razlika

Slabi električni putevi za disipaciju

Mehaničke greške

Nesavršenosti površine

Potrebno je ravnomjerno rasporediti punilo kako bi kompletan grijaći omotač radio jednoliko po cijeloj površini.

Stoga su u toku proizvodnje neophodni napredni postupci mešanja i ekstruzije.

Industrijske primjene na bazi otapala
Koncept provodljivog PTFE kompozitnog antistatičkog omotača grijača posebno je koristan u preduzećima koja obrađuju isparljive organske rastvarače pod kontroliranim uvjetima grijanja.

Tipične primjene su:

Proizvodnja farmaceutskih proizvoda

proizvodnju finih hemikalija

Proizvodnja poluprovodnika

Sistemi za obnavljanje rastvarača

Operacije premazivanja

Specijalni procesi ekstrakcije

Opasnost od elektrostatičkog paljenja smatra se ozbiljnim problemom sigurnosti procesa u takvim situacijama.

Anti-oklop za grijanje je jedna komponenta ukupne strategije prevencije eksplozije koja može uključivati:

Pokrivanje u azotu

Sistemi uzemljenja i vezivanja

Instrumentacija Intrinzična sigurnost

Električni aparati, otporni{0}} na eksploziju

Ravnoteža između provodljivosti i dielektrične čvrstoće
Uvođenje provodljivosti u PTFE uvijek rezultira modifikacijom dijela njegovih originalnih električnih svojstava.

Smanjenje dielektrične čvrstoće
Dielektrična čvrstoća čistog PTFE je izuzetno visoka.

Dodavanje provodljivog punila može smanjiti:

Sposobnost proboja napona

Marža izolacije, električna

Otpor površinske izolacije (

Stoga bi radna izolacijska performansa trebala biti sigurna kroz pažljivu formulaciju.

Efekti na potencijal hemijske otpornosti
Konduktivni aditivi mogu imati i neke manje efekte na:

Otpornost na hemijsku propusnost

Dugoročna-otpornost na koroziju

Mehanička savitljivost

Glatkiji vrh

Efekti su obično mali, ali su ključni faktori u dizajnu oštrih hemijskih okruženja.

Termički i mehanički aspekti
Konduktivna punila mogu uticati na termička i mehanička svojstva materijala omotača.

Moguće promjene uključuju:

Promijenjene karakteristike toplinske ekspanzije

Više krutosti.

Promijenjena otpornost na habanje

Varijacije u toplotnoj provodljivosti

Poseban interes se pokazuje za sisteme zasnovane na ugljičnim nanocijevima jer imaju potencijal da isporuče anti-statičko ponašanje pri nižim opterećenjima punila od tipičnih formulacija čađe.

Niži nivoi opterećenja pomažu da se zadrži više originalnih fizičkih kvaliteta PTFE.

Trendovi razvoja materijala u budućnosti
Istraživanja provodljivih fluoropolimernih sistema se značajno povećavaju.

Područja razvoja u nastajanju su:

Nano{0}}konduktivne mreže

Hibrid (provodne plombe)

Anti-površine sa samozacjeljivanjem

Bolja hemija disperzije

Poboljšana hemijska otpornost Retain

Budući materijali mogu predstavljati bolje kombinacije:

Statičko pražnjenje

Mehanička otpornost

Otpornost na koroziju

Električna izolaciona svojstva (

Cilj je konstruirati omote grijača koji su posebno dizajnirani za situacije eksplozivnih rastvarača uz zadržavanje inherentnih prednosti fluoropolimera.

Zaključci
Provodljivi PTFE kompoziti su prepoznatljiv, sve važniji, iskorak u disciplini industrijske tehnologije grijanja potapanjem. Uključujući precizno kontrolisane količine provodljivog ugljenika u PTFE matricu, ovi materijali dobijaju kapacitet za bezbedno pražnjenje statičkog elektriciteta i i dalje održavaju većinu izuzetne hemijske otpornosti PTFE-a i kompatibilnost procesa.

Tehnologija provodljivog PTFE kompozitnog antistatičkog grijača je područje u nastajanju, gdje glavni cilj nije električna provodljivost u tradicionalnom smislu, već kontrolirano upravljanje elektrostatičkim nabojem. Ovo može biti posebno korisno u sektorima koji koriste obradu rastvaračem, gdje jedno statičko pražnjenje može uzrokovati ozbiljne prijetnje od eksplozije.

Umetanje provodnih punila može uzrokovati određenu degradaciju dielektričnog savršenstva, ali se prednost povećane elektrostatičke sigurnosti često smatra razumnim-ustupkom. U opasnim procesnim okruženjima najsigurniji materijali nisu samo oni koji odbijaju da reaguju hemijski. Oni su takođe oni koji odbijaju da gaje ljutnju na električnu energiju.