Hvordan muliggør ledende PTFE-kompositter anti-statiske varmekapper?

Pure PTFE er en af ​​de bedste elektriske isolatorer, der bruges i industrielt udstyr, og denne kvalitet gør det generelt ekstremt værdifuldt i nedsænkningsopvarmningsapplikationer. Men inde i tanke, der indeholder meget resistive, flygtige organiske opløsningsmidler, kan den samme isolerende egenskab være en skjult fare. Når væsken bevæger sig over den glatte overflade af PTFE, kan statisk elektricitet opbygges, på samme måde som en Van de Graaff-generator oplades via friktion og bevægelse. Elektrostatisk afladning kan forårsage antændelse af opløsningsmiddeldampe under ukorrekte forhold. En ny klasse af ledende PTFE-kompositter giver et svar. De introducerer en omhyggeligt kontrolleret mængde elektrisk ledningsevne til varmekappen. Dette gør det muligt for statiske ladninger at sprede sig sikkert, før de bliver skadelige.

Lidt kulstof giver PTFE en fredfyldt, statisk-dissiperende personlighed, der omdanner en elektrisk isoleret overflade til en, der langsomt kan udtømme opsamlet ladning.

Ved opvarmning af opløsningsmiddelsystemer kan statisk elektricitet være farlig
Mange industrielle opløsningsmidler har meget lav elektrisk ledningsevne.

Eksempler er:

Hexan

Toluen

Negle, acetone

Isopropylalkohol

Ethylalkohol

Blandinger baseret på ketoner

Da disse væsker strømmer med høje hastigheder over en standard PTFE-varmer, kan friktionen mellem væsken og den stærkt isolerende belægning forårsage elektrostatisk ladningsadskillelse.

Ladningsakkumulering kan forstærkes af under flere driftsforhold:

Høj væskehastighed

Pumpe cirkulation

Agitation eller sprøjt

Tæppe med tør gas

Lav relativ luftfugtighed

Ikke-ledende tankmaterialer

Hvis ladningen ikke kan aflades korrekt, kan spændingspotentialet endelig overstige den omgivende atmosfæres dielektriske nedbrydningsstyrke.

Konsekvensen kan være en elektrostatisk gnist, som kan antænde brændbare dampe.

Idéen med ledende PTFE-kompositter
Den nye løsning er at ændre selve PTFE-harpiksen.

I stedet for ren PTFE spreder producenterne en lille mængde ledende fyldmateriale gennem hele fluorpolymermatrixen.

Typiske tilsætningsstoffer, der er ledende, er:

Carbon blacks

Kulstof nanorør

Grafitpartikler

Ledende kulfiber

Stadig lav nok koncentration til, at materialet stadig minder meget om PTFE med hensyn til korrosionsbestandighed og proceskompatibilitet.

Men de elektriske egenskaber varierer drastisk.

Denne forskning er grundlaget for konceptet med den ledende PTFE-komposit antistatiske varmekappe, som i øjeblikket er under opmærksomhed i de kemiske forarbejdningssektorer.

Hvordan ledende fyldstoffer ændrer elektriske egenskaber
Ren PTFE har generelt en ekstraordinær høj volumenmodstand på ca.

10^18 ohm-cm.

Det er derfor, det er en meget god isolator.

Når ledende fyldstofpartikler er spredt i harpiksen, dannes der små ledende baner mellem tilstødende partikler.

Dette kan reducere kompositmaterialets resistivitet til størrelsesordenen:

10^3 til 10^6 ohm cm

Denne ledningsevne er ikke høj sammenlignet med metaller, men er høj nok til at tillade en langsom spredning af opbygget-statisk ladning.

Det er vigtigt, at materialet ikke bliver et elektrisk ledende materiale, så det fungerer som en kortslutning ved normale spændinger af varmeapparatets driftsspænding.

I stedet er kompositten i en mellemliggende elektrisk tilstand, almindeligvis omtalt som anti-statisk eller statisk dissipativ.

Sådan fungerer anti-statisk materiale
Anti-statiske materialer er ofte karakteriseret ved en overfladeresistivitet på mellem:

10^5 og 10^12 ohm/kvadrat

Ladningsakkumulering i dette område reguleres med elektrisk sikkerhed og isoleringsevne.

Denne regulerede ledningsevne gør det muligt for varmekappen at:

Undgå opbygning af lokal afgift-

Minimer risikoen for elektrostatisk afladning

Gradvis spredning af overfladeladninger

Forøg sikkerheden i områder med opløsningsmiddel-

Det er ikke beregnet til strøm, men for at forhindre-opbygning af skadeligt elektrostatisk potentiale.

Betydningen af ​​jævn fordeling af fyldstof
Et af hovedspørgsmålene inden for materialeteknik er den ensartede spredning af det ledende fyldstof i hele PTFE-matrixen.

Dårlig spredning resulterer i:

Lokaliserede isolerende områder

Anti-statisk forskel

Svage elektriske veje til spredning

Mekaniske fejl

Ufuldkommenheder i overfladen

Det er nødvendigt at fordele fyldstoffet jævnt, så hele varmekappen fungerer ensartet i hele overfladen.

Under hele fremstillingen er avancerede blandings- og ekstruderingsprocedurer således et must.

Opløsningsmiddelbaserede-industrielle applikationer
Det ledende PTFE-komposit antistatiske varmekappekoncept er særligt nyttigt i virksomheder, der behandler flygtige organiske opløsningsmidler under kontrollerede opvarmningsforhold.

Typiske anvendelser er:

Produktion af lægemidler

fremstilling af finkemikalier

Fremstilling af halvledere

Systemer til genvinding af opløsningsmidler

Belægningsoperationer

Specialudvindingsprocesser

Fare for elektrostatisk antændelse anses for at være et alvorligt processikkerhedsproblem i sådanne situationer.

Den anti-statiske varmekappe er en komponent i en total eksplosionsforebyggelsesstrategi, der kan omfatte:

Tæppe i nitrogen

Jord- og bindingssystemer

Instrumentering Egensikkerhed

Elektrisk apparat, eksplosionssikkert-

Balance mellem ledningsevne og dielektrisk styrke
Indførelsen af ​​ledningsevne til PTFE resulterer altid i en ændring af en del af dets oprindelige elektriske egenskaber.

Reduktion af dielektrisk styrke
Den dielektriske styrke af ren PTFE er ekstrem høj.

Tilsætning af ledende fyldstof kan falde:

Mulighed for spændingsnedbrydning

Isoleringsmargin, elektrisk

Overfladeisoleringsmodstand (

Derfor bør den operationelle isoleringsydelse holdes sikker gennem omhyggelig formulering.

Effekter på kemisk modstandspotentiale
Ledende tilsætningsstoffer kan også have nogle mindre virkninger på:

Kemisk permeabilitetsbestandighed

Langsigtet-korrosionsbestandighed

Mekanisk bøjelighed

Glattere top

Effekterne er som regel små, men de er afgørende overvejelser i design af barske kemiske miljøer.

Termiske og mekaniske aspekter
De ledende fyldstoffer kan påvirke kappematerialets termiske og mekaniske egenskaber.

Mulige ændringer omfatter:

Ændrede termiske ekspansionskarakteristika

Mere stivhed.

Slidstyrke ændret

Variation i termisk ledningsevne

Særlig interesse er vist i systemer baseret på kulstofnanorør, da de har potentialet til at levere anti-statisk adfærd ved lavere fyldstofmængder end typiske kulrøgformuleringer.

Lavere belastningsniveauer hjælper med at bevare flere af de oprindelige fysiske kvaliteter af PTFE.

Materialeudviklingstendenser i fremtiden
Forskningen i ledende fluorpolymersystemer stiger markant.

Udviklingsområder undervejs er:

Nano-konstruerede ledende netværk

Hybrid (ledende fyldninger)

Anti-statiske overflader med selvhelbredende-

Bedre spredningskemi

Forbedret kemikalieresistens Behold

De fremtidige materialer kan præsentere bedre blandinger af:

Statisk udladning

Mekanisk modstand

Modstand mod korrosion

Elektriske isoleringsegenskaber (

Målet er at konstruere varmekapper, der er specielt designet til eksplosive opløsningsmiddelsituationer, samtidig med at de iboende fordele ved fluorpolymerer bevares.

Konklusioner
Ledende PTFE-kompositter er et markant, mere og mere vigtigt gennembrud inden for disciplinen industriel nedsænkningsvarmeteknologi. Ved at inkludere præcist kontrollerede mængder af ledende kulstof i PTFE-matrixen får disse materialer kapacitet til sikkert at aflade statisk elektricitet og stadig bevare det meste af PTFE's fremragende kemiske resistens og proceskompatibilitet.

Teknologien med ledende PTFE-komposit antistatisk varmekappe er et fremvoksende område, hvor hovedformålet ikke er elektrisk ledning i traditionel forstand, men kontrolleret elektrostatisk ladningsstyring. Dette kan især være nyttigt i sektorer, der anvender opløsningsmiddelbehandling, hvor en enkelt statisk udladning kan forårsage alvorlige eksplosive trusler.

Indsættelse af ledende fyldstoffer kan forårsage en vis forringelse af dielektrisk perfektion, men fordelen ved øget elektrostatisk sikkerhed betragtes ofte som en rimelig afvejning.- I farlige procesmiljøer er de sikreste materialer ikke kun dem, der nægter at reagere kemisk. Det er også dem, der nægter at nære et elektrisk nag.