Hvordan forbedrer avancerede keramiske-fyldte PTFE-kompositter slidstyrken i varmekapper?

Ren PTFE er fantastisk kemisk, men mekanisk blød, som en stærk, glat voks. Den konventionelle PTFE-varmekappe kan gradvist slides væk ved konstant påvirkning af partikler i en omrørt tank indeholdende slibende katalysatorpartikler eller mineralopslæmning. En ny generation af PTFE-kompositter er fyldt med keramik. Polymeren er forstærket med mikroskopiske hårde keramiske partikler, som tilsammen danner en kappe, der er modstandsdygtig over for voldsom slid, men som stadig har den kemiske inertitet, som gjorde PTFE ønskelig i første omgang.

Skabelsen af ​​den keramisk fyldte PTFE komposit slidbestandige varmelegeme er en stor afgang i elpatrondesign til kemisk aggressive og mekanisk fjendtlige omgivelser. Moderne fluorpolymervarmere bliver bygget til at modstå konstant fysisk slid, ikke kun korrosionsbestandighed.

Hvorfor Pure PTFE fejler i slibeservice
PTFE er meget kemisk resistent og har en lav overfladeenergi, men er noget blødt sammenlignet med metaller eller keramik.

Mekaniske begrænsninger af ren polytetrafluorethylen
Ren PTFE er i stand til at blive udsat for: - slibende strømningsforhold

Overflade skuring.

Progressivt materielt tab

Riller og slidspor

Reduceret tykkelse af kappen

Varmeapparat fejler for tidligt

I omrørte tanke med suspenderede stoffer bombarderer den turbulente strøm kontinuerligt varmelegemets overflade med partikler.

Eksempler er:

Katalysatoropslæmninger

Suspensioner af mineraler

Grin i spildevand

Krystallinske salte

keramisk pulver

PTFE er meget modstandsdygtig over for kemiske angreb, men dens blødhed gør den modtagelig for-langvarig mekanisk nedbrydning.

Keramiske fyldstoffer til PTFE-forstærkning
Den nye sammensatte metode ændrer selve PTFE's matrix.

Keramiske partikler indlejret
Fine pulvere af keramiske materialer såsom:

Alumina (Al2O3)

Silica (SiO2)

blandes med PTFE-harpiksen, før kappen dannes.

Disse partikler er permanent inkorporeret i polymerrammen.

PTFE er beklædt med en lille rustning.

Hvordan kompositter modstår slid
Under påvirkningen af ​​slibende partikler på overfladen af ​​komposit:

De stærke keramiske granulat absorberer meget af energien fra stødet

Lokaliseret skæring og udskæring minimeres

PTFE-fjernelse bliver mere udfordrende

Overfladeslid er væsentligt reduceret

Den blødere fluorpolymer må ikke trækkes væk konstant. De keramiske partikler, der er indsat i polymeren, beskytter den omgivende polymer.

Stigningen i slidstyrke kan være dramatisk.

Slidstyrke Målbart forbedret
Keramisk forstærkning var effektiv i laboratorieafslidningstestning.

Modstand mod Taber-slid
Typiske slidtests såsom Taber-slidtest afslører generelt, at:

Massetab stærkt reduceret

Reduceret slitage på nedre overflader

Bedre dimensionsstabilitet

I nogle formuleringer er slidstyrken forbedret af:

Mindst en faktor 10 sammenlignet med ufyldt PTFE

Dette gør PTFE til et materiale, der kan tåle meget slibende industrielle miljøer, i modsætning til at være kemisk modstandsdygtigt, men alligevel mekanisk skrøbeligt.

Bevar de kemiske fordele ved PTFE
En af de store fordele ved keramisk-fyldte kompositter er, at de grundlæggende kemiske egenskaber af PTFE i det væsentlige bibeholdes.

Stadig høj kemisk inerthed
Sammensætningen har stadig:

God kemikalieresistens

Anti-egenskaber

Immunitet mod korrosion

Lav vandoptagelse

Dette gør det muligt for materialet at fungere under forhold, hvor metalvarmehylstre hurtigt ville korrodere eller besmitte.

Fastholdelse af non-egenskaber
Overfladen bevarer også meget af PTFE's karakteristiske lave vedhæftningsadfærd, men fyldstoffet forårsager en beskeden stigning i friktionskoefficienten.

Dette hjælper med at reducere:

Opbygning af slam

Begroning ved krystallisation

Partikel klæber

Besvær med at gøre rent

Hvorfor fyldstofindhold er så nøje begrænset
0,5 % til 1 %. Indholdet af keramisk fyldstof bør reguleres nøje.

Fleksibilitet og hårdførhed
Den sædvanlige fyldstofbelastning er stadig ret lav for at tillade:

Bearbejdelighed

Mekanisk fleksibilitet

Termisk ekspansionsafstand

Karakteristika ved formning

Høj fyldstofbelastning kan gøre kappen:

Skrøbelig

Svært at lave

Udsat for at bryde med termisk cykling

Kompositten er derfor et omhyggeligt konstrueret kompromis snarere end blot en hårdhedsforøgelse.

Afvejninger af keramisk fyldt PTFE
Slidstyrken er væsentligt forbedret, men alligevel ændres nogle af materialets egenskaber.

Dielektrisk styrke reduceret
Inkludering af keramiske partikler kan forringe den elektriske isoleringsevne marginalt.

Mulige påvirkninger omfatter:

Lavere dielektrisk styrke

Yderligere mikroskopiske fejlveje

Elektriske nedbrudskarakteristika ændret

Imidlertid er materialet stadig generelt meget godt til isolering af el-varmelegemer.

Øget friktion på overfladen
Sammenlignet med ren PTFE:

Friktionskoefficienten stiger noget.

Overfladeglatheden aftager en smule

givet de fleste gylleopvarmningsanvendelser- betragtes dette generelt som en god afvejning-i betragtning af forbedringen i slidstyrke.

Stigende industrielle applikationer
Hårdere keramisk-fyldt PTFE skaber nye industrielle markeder for fluorpolymervarmere.

Minedrift og mineralforarbejdning
Minedrift står typisk over for el-varmelegemer:

sand-bærende gylle

Suspensioner af knuste malme

Slibende processtrømme

I dette miljø forlænges levetiden for keramisk fyldte hylstre dramatisk.

Spildevandsbehandling
Spildevandssystemer omfatter normalt:

Suspenderet støv

Silica støv

Biologiske faste stoffer

mudderslibning

Under disse forhold er konventionelle fluorpolymervarmere tilbøjelige til at blive slidt hurtigt, og kompositopløsninger bliver mere og mere ønskelige.

Kemiske reaktorer, der bruger faststof-katalysatorer
I kemiske reaktorer med suspenderede katalysatorpartikler oplever elvarmere høj mekanisk belastning.

Kompositkappen gør det muligt for PTFE-varmere at overleve:

Konstant uro

Recirkulation af partikler

Højhastigheds gyllestrømning

men stadig modstandsdygtig over for den ætsende proceskemi.

Termiske og mekaniske problemer
Keramiske fyldstoffers indflydelse på den termiske adfærd undersøges også.

Bedre dimensionsstabilitet
Fyldstofferne kan hjælpe med at minimere:

Termisk krybning.

Overfladedeformation

Mekanisk slitage ved belastning

Dette fremmer stabiliteten i omrørte systemer på lang- sigt.

Behovet for konservativt design er der stadig
På trods af hårdere overflade kræver god ingeniørpraksis stadig:

Watt-tæthed kontrolleret

Korrekt flowfordeling

Vibrationskontrol

Korrekte støttestrukturer

Kompositten forbedrer holdbarheden, men eliminerer ikke kravet om passende varmelegemeplacering og mekanisk design.

At flytte væk fra dyre metallegeringer
Historisk set krævede opvarmning af slibende gylle dyre eksotiske metaller.

Begrænsninger for metalliske løsninger
Selv højtydende-metaller kan være sårbare over for:

Rust

Pitting (af huden)

Erosion og sedimentation

Opskalering

Kemisk uforenelighed.

En anden måde er at bruge PTFE-kompositter pakket med keramik. De fremstilles ved at blande:

Modstand mod korrosion

Non{0}}opførsel

Modstand mod slid

i ét materialesystem.

Oversigt
Avancerede keramisk fyldte PTFE-kompositter ændrer landskabet for fluoropolymer varmekappeapplikationer i barske industrielle miljøer. Dette er opnået ved at indlejre små partikler af aluminiumoxid eller silica i PTFE-matrixen, hvilket i høj grad forbedrer slidstyrken uden at ofre den kemiske inerthed og den lave-begroningsadfærd, der gør PTFE-teknologien unik.

Kompositmaterialer foretrækkes i stigende grad til dykvarmere, der arbejder i omrørte gyller, minesystemer, spildevandsbehandlingsanlæg og kemiske reaktorer indeholdende suspenderede faste stoffer. Der er mindre afvejninger- i dielektrisk styrke og friktionsegenskaber, men fordelene med hensyn til mekanisk holdbarhed er betydelige.

Keramiske-fyldte PTFE-kompositter nedbryder gradvist stereotypen 'blød polymer' og gør det muligt for korrosionssikre-varmere at trænge igennem applikationer, der hidtil har været afhængige af dyre og stadig skrøbelige metallegeringer. Fremtiden for kemisk resistent opvarmning afhænger i stigende grad af materialer, der kombinerer inert kemi med ægte fysisk robusthed.