Zašto bi grijač vrlo čistog (niskog-pepela) PFA klase mogao pokazati raniji dielektrični kvar u okruženjima s visokom-vlažnošću?

Za osnovne primjene koje zahtijevaju niske količine ekstrahiranog i jonskog zagađivača, specificirane su vrlo čiste PFA klase (niski-pepeo, poluprovodnici-grade). Ove vrste imaju sadržaj pepela<0.01% (versus 0.1-0.5% for normal PFA). Paradoxically, very pure PFA heaters can show sooner dielectric breakdown than conventional PFA heaters in high humidity conditions (≥80% RH). That's because conventional PFA contains trace metal oxides (calcium oxide, magnesium oxide, aluminium oxide) that are water-absorbing fillers or stabilisers. These oxides react with moisture to generate hydroxides which devour water molecules and maintain high electrical resistance. These moisture scavenging organisms are absent in very pure PFA. The absorbed water molecules stay free in the polymer matrix, enhancing the ionic conductivity and reducing the dielectric strength. In high humidity environments, the electrical dependability of normal PFA can be better than ultra-pure PFA.

Mehanizam apsorpcije vlage i dielektričnog sloma
PFA zauzima 0,03-0,10% vode po težini pri 100% RH u zavisnosti od temperature i kristalnosti. Apsorbirane molekule vode su pokretne i mogu provoditi ionsku struju u električnom polju. Ako je jačina električnog polja veća nego što materijal može izdržati, obično 15-25 kV/mm za suhi PFA, doći će do proboja dielektrika. Apsorbovana vlaga smanjuje otpornost na proboj na 10-15 kV/mm pri 80% RH i 5-10 kV/mm pri 100% RH.

Standard PFA usually comprises 0.1 to 0.5 percent inorganic fillers, often calcium oxide, magnesium oxide, or aluminium silicate, which are used as acid acceptors to stabilise the polymer during processing. These oxides are hygroscopic : CaO + H2O -->Ca(OH)2 Ova reakcija koristi slobodnu vodu i hemijski je kombinuje. Vezana voda je znatno manje pokretna i provodljiva od slobodne vode. Čestice punila takođe služe kao tačke raspršenja za elektrone, povećavajući dužinu puta proboja. Vrlo čist PFA ne sadrži takva punila (pepeo<0.01%). The water that is absorbed is left as free water and creates conduction paths. Less filler content also means less physical impediments to electron avalanche.

Standardna PFA vs Utra{0}}Čista PFA dielektrična čvrstoća
Sadržaj pepela stepena PFA (%) Apsorpcija vode na 60 stepeni, 80% RH (%) Dielektrična čvrstoća (kV/mm) pri 80% RH Vreme pada izolacionog otpora (<100 MΩ) at 85°C, 85% RHTypical Application Standard (industrial) 0.15 – 0.30 0.05 – 0.07 12 – 15 8,000 – 12,000 hours Industrial general, high humidity
Visoka-čistoća 0.05-0.10 0.06-0.08 11-13 5000-8000 sati Hrana, Farmaceutika
Ultra{0}}čisti (niski-pepeo) 0,005–0.01 0.08–0.10 8–10 2,000–4,000 sati Poluprovodnici, kritične laboratorije
Ultra-čisto sa punilom za sušenje (specijalno) 0,01–0,02 (dodato punilo) 0,04–0.06 11–14 6, 000–10 000 sati Visoka vlažnost + visoka čistoća
Standardno sa sakupljačem vlage 0,20–0.40 0.04–0.06 13–16 10, 000–15 000 h Tropske, vanjske postavke
Field Evidence from Semiconductor Manufacturing
Fabrika poluprovodnika instalirala je ultra- čiste PFA grijače (pepeo<0.01%) in a wet bench with 85% RH, 85°C process temperature. Heaters lasted an average of 2,500 hours before the insulation resistance dropped below 100 MΩ and triggered ground fault alarms. For the same application the fab converted to normal PFA heaters (ash 0.2%) with an expectation of reduced life due to greater extractables. All the conventional heaters surprisingly survived 9000 hours. Analysis indicated that conventional heaters had magnesium oxide filler that absorbed moisture and so maintained high resistance. Ultra-pure heaters had no filler and free water built up at the interface to the PFA-metal resulting in leakage. The fab now uses normal PFA for high humidity procedures and reserves ultra-pure PFA for dry processes (<30% RH) when extractables are the main focus.

Ublažavanje ultra-čistih PFA u vlažnoj službi
Za situacije visoke vlažnosti (npr. poluprovodničke mokre klupe sa procesom proizvedenom vlagom) gdje su potrebni ultra-čisti PFA grijači, tri ublažavanja poboljšavaju dielektričnu pouzdanost:

Pročišćavanje dušikom: Nanesite stalan mlaz suhog dušika na hladnu stranu grijača. Pozitivni pritisak sprečava da vlažni vazduh dodirne PFA-metalni interfejs. Pročišćavanje dušikom povećava vijek trajanja izolacije 5-10X.

Niža gustina u vatima: Smanjite napon električnog polja tako što ćete raditi na nižem naponu (208V naspram. 480V) i/ili korištenjem većeg grijača (manji W/cm²). Manja jačina polja smanjuje snagu pokretanja struje curenja.

Dobijač vlage: Postavite molekularno sito (zeolit ​​ili silika gel) u hladno područje. Dobavljač preuzima svu vlagu koja procuri kroz PFA. Mijenjajte hvatač svakih 6 do 12 mjeseci.

Za aplikacije kojima je potrebna visoka čistoća i visoka vlažnost (npr. farmaceutski vlažni reaktori), koristite ultra-čisti PFA sa dodatnim punilom za stabilizaciju vlage-. Različiti proizvođači proizvode ultra-vrhunski nivo vlažnosti sa 0,01-0,02% kalcijum oksida ili sintetičkog hidrotalcita. Ovi tipovi imaju dielektričnu čvrstoću od 12-14 kV/mm pri 85% relativne vlažnosti, slično normalnom PFA, uz održavanje niske ekstrakcije.

Zaključak: Standardni PFA je superiorniji od Ultra-Pure pod visokom vlagom
Vrlo čist (malo pepela) Tamo gdje se apsorberi vlage ne dodaju punilu, PFA grijači imaju tendenciju da se pokvare ranije od normalnog PFA u postavkama visoke vlažnosti (veća ili jednaka 80% RH). Jonska provodljivost se povećava slobodnom vodom u polimernoj matrici, a dielektrična čvrstoća se smanjuje sa 12-15 kV/mm na 8-10 kV/mm. Standardni PFA sa 0,1–0,5 % pepela će preživjeti 2–4 puta duže od ultra- čistog PFA u vlažnoj uporabi. Inženjeri ne bi trebali pretpostaviti da je „čišće je bolje“ u svim situacijama. Za suhe aplikacije, ultra-čisti PFA nudi najviši stepen čistoće. U vlažnim aplikacijama poželjan je normalan PFA ili ultra{16}}čisti sa vlagom{{17}filer koji stabilizira. Ako su za primjenu poželjni i niska ekstrahiranost i visoka vlažnost, osigurajte pročišćavanje dušikom ili sakupljače vlage. Dielektrični slom izazvan vlagom{20}}je ograničenje dizajna, a ne materijala. Odaberite PFA razred prema okruženju, a ne teoretski ideal čistoće. Malo pepela je dobra stvar u vlazi.