Cum permit compozitele PTFE conductoare învelișurile de încălzire anti-statice?

PTFE pur este unul dintre cei mai buni izolatori electrici utilizați în echipamentele industriale și această calitate îl face în general extrem de valoros în aplicațiile de încălzire prin imersie. Dar în interiorul rezervoarelor care conțin solvenți organici volatili foarte rezistivi, aceeași proprietate izolatoare poate fi un pericol ascuns. Pe măsură ce fluidul se mișcă pe suprafața netedă a PTFE, se poate acumula electricitate statică, similar modului în care un generator Van de Graaff se încarcă prin frecare și mișcare. Descărcările electrostatice pot provoca aprinderea vaporilor de solvenți în condiții necorespunzătoare. O nouă clasă de compozite conductoare PTFE oferă un răspuns. Ele introduc o cantitate atent controlată de conductivitate electrică în mantaua încălzitorului. Acest lucru permite încărcărilor statice să se disipeze în siguranță înainte de a deveni dăunătoare.

Puțin carbon îi conferă PTFE o personalitate liniștită,-dissipând static, transformând o suprafață izolată electric într-una care poate curge încet sarcina acumulată.

La încălzirea sistemelor cu solvenți, electricitatea statică poate fi periculoasă
Mulți solvenți industriali au conductivități electrice foarte scăzute.

Exemple sunt:

hexan

Toluen

Unghii, acetonă

Alcool izopropilic

Alcool etilic

Amestecuri pe bază de cetone

Deoarece aceste fluide curg la viteze mari peste un încălzitor standard de PTFE, frecarea dintre lichid și stratul de izolație puternic poate provoca separarea sarcinii electrostatice.

Acumularea de încărcare poate fi îmbunătățită prin mai multe condiții de funcționare:

Viteza mare a lichidului

Circulatie pompa

Agitație sau stropire

Pătura cu gaz uscat

Umiditate relativă scăzută

Materiale neconductoare pentru rezervoare

Dacă încărcarea nu poate fi descărcată corespunzător, potențialul de tensiune poate depăși în cele din urmă rezistența dielectrică la rupere a atmosferei înconjurătoare.

Consecința poate fi o scânteie electrostatică care poate aprinde vapori inflamabili.

Ideea compozitelor conductive de PTFE
Soluția emergentă este schimbarea rășinii PTFE în sine.

În loc de PTFE pur, producătorii răspândesc o cantitate mică de material de umplutură conductiv în matricea fluoropolimerului.

Aditivii tipici care sunt conductivi sunt:

Negru de fum

Nanotuburi de carbon

Particule de grafit

Fibre de carbon conductoare

Concentrație încă suficient de scăzută încât materialul să se aseamănă foarte mult cu PTFE în ceea ce privește rezistența la coroziune și compatibilitatea cu procesele.

Dar proprietățile electrice variază drastic.

Această cercetare stă la baza conceptului de înveliș de încălzire antistatic din compozit PTFE conductiv, căruia i se acordă în prezent atenție în sectoarele de procesare chimică.

Cum umpluturile conductive modifică proprietățile electrice
PTFE pur are, în general, o rezistivitate de volum extraordinar de mare de aproximativ:

10^18 ohmi-cm.

Acesta este motivul pentru care este un izolator foarte bun.

Când particulele de umplutură conductoare sunt dispersate în rășină, se formează căi conductoare mici între particulele adiacente.

Acest lucru poate reduce rezistivitatea materialului compozit de ordinul:

10^3 până la 10^6 ohmi cm

Această conductivitate nu este ridicată în comparație cu metalele, dar este suficient de mare pentru a permite o disipare lentă a sarcinii-statice acumulate.

Este important că materialul nu devine un material conducător electric, astfel încât să acționeze ca un scurtcircuit la tensiunile normale ale tensiunii de funcționare a încălzitorului.

În schimb, compozitul se află într-o stare electrică intermediară, denumită în mod obișnuit ca anti-static sau disipativ.

Cum funcționează materialul anti-static
Materialele anti-statice sunt adesea caracterizate printr-o rezistivitate a suprafeței cuprinsă între:

10^5 și 10^12 ohmi/pătrat

Acumularea de sarcină în acest interval este reglată cu siguranța electrică și performanța de izolare.

Această conductivitate reglată permite învelișului încălzitorului să:

Preveniți acumularea de taxe locale-

Minimizați riscul de descărcare electrostatică

Disiparea treptată a sarcinilor de suprafață

Îmbunătățiți siguranța în zonele cu-solvenți

Nu este destinat pentru alimentare, ci pentru a preveni acumularea-de potențial electrostatic dăunător.

Importanța distribuirii uniforme a umpluturii
Una dintre principalele probleme în ingineria materialelor este dispersia uniformă a umpluturii conductoare în întreaga matrice PTFE.

Dispersia slabă are ca rezultat:

Regiuni izolante localizate

Diferență anti-statică

Căi electrice slabe pentru disipare

Defecțiuni mecanice

Imperfecțiuni de suprafață

Este necesar să se distribuie uniform umplutura, astfel încât întreaga teacă de încălzire să funcționeze uniform pe întreaga suprafață.

Astfel, pe parcursul producției, procedurile avansate de amestecare și extrudare sunt o necesitate.

Aplicații industriale bazate{0}}solvenți
Conceptul de înveliș de încălzire antistatic din compozit PTFE conductiv este deosebit de util în întreprinderile care procesează solvenți organici volatili în condiții de încălzire controlate.

Aplicațiile tipice sunt:

Producția de produse farmaceutice

fabricarea chimiei fine

Fabricarea semiconductoarelor

Sisteme de recuperare a solvenților

Operații de acoperire

Procese de extracție de specialitate

Pericolul de aprindere electrostatică este considerat a fi o problemă serioasă de siguranță a procesului în astfel de situații.

Învelișul încălzitorului anti-static este o componentă a unei strategii totale de prevenire a exploziilor, care poate include:

Pătura în azot

Sisteme de împământare și legare

Instrumentatie Siguranta intrinseca

Aparatură electrică, rezistentă la-explozie

Echilibru între conductivitate și rezistență dielectrică
Introducerea conductibilității în PTFE are ca rezultat întotdeauna o modificare a unei părți a proprietăților sale electrice originale.

Reducerea rigidității dielectrice
Rigiditatea dielectrică a PTFE pur este extrem de ridicată.

Adăugarea de umplutură conductivă poate scădea:

Capacitatea de rupere a tensiunii

Marja de izolație, electrică

Rezistenta de izolare a suprafetei (

Prin urmare, performanța de izolație operațională ar trebui să fie menținută în siguranță printr-o formulare atentă.

Efecte asupra potențialului de rezistență chimică
Aditivii conductivi pot avea, de asemenea, unele efecte minore asupra:

Rezistenta la permeabilitatea chimica

Rezistență la coroziune{0}}de lungă durată

Flexibilitate mecanică

Top mai neted

Efectele sunt de obicei mici, dar sunt considerații cruciale în proiectarea unor medii chimice dure.

Aspecte termice și mecanice
Materialele de umplutură conductoare pot afecta proprietățile termice și mecanice ale materialului învelișului.

Modificările posibile includ:

Caracteristici de dilatare termică modificate

Mai multă rigiditate.

Rezistența la uzură a fost modificată

Variația conductibilității termice

Un interes deosebit este arătat în sistemele bazate pe nanotuburi de carbon, deoarece acestea au potențialul de a oferi un comportament anti-static la încărcări mai mici de umplutură decât formulările tipice de negru de fum.

Nivelurile de încărcare mai scăzute ajută la păstrarea mai multor calități fizice originale ale PTFE.

Tendințele de dezvoltare a materialelor în viitor
Cercetările privind sistemele de fluoropolimeri conductoare sunt în creștere semnificativă.

Domeniile de dezvoltare în curs de realizare sunt:

Nano-rețele conductoare proiectate

Hibrid (umpluturi conductive)

Suprafețe anti-statice cu auto-vindecare

Chimie de dispersie mai bună

Rezistență chimică îmbunătățită Reține

Materialele viitoare pot prezenta amestecuri mai bune de:

Descărcare statică

Rezistenta mecanica

Rezistenta la coroziune

Proprietăți de izolare electrică (

Scopul este de a proiecta teci de încălzire care sunt proiectate special pentru situații de solvenți explozivi, păstrând în același timp beneficiile inerente ale fluoropolimerilor.

Concluzii
Compozitele conductoare PTFE reprezintă o descoperire distinctă, din ce în ce mai importantă, în disciplina tehnologiei de încălzire industrială prin imersie. Prin includerea cantităților controlate cu precizie de carbon conductiv în matricea PTFE, aceste materiale câștigă capacitatea de a descărca electricitatea statică în siguranță și mențin în continuare cea mai mare parte a rezistenței chimice remarcabile a PTFE și compatibilitatea cu procesele.

Tehnologia învelișului de încălzire antistatic din compozit PTFE conductiv este o zonă în curs de dezvoltare, în care obiectivul principal nu este conducția electrică în sensul tradițional, ci gestionarea controlată a sarcinii electrostatice. Acest lucru poate fi util în special în sectoarele care utilizează procesarea cu solvenți, unde o singură descărcare statică poate provoca amenințări explozive grave.

Introducerea materialelor de umplutură conductoare poate provoca o oarecare degradare a perfecțiunii dielectrice, dar beneficiul creșterii siguranței electrostatice este adesea considerat un schimb rezonabil-. În mediile de proces periculoase, cele mai sigure materiale nu sunt doar cele care refuză să reacționeze chimic. Sunt, de asemenea, cei care refuză să aducă o ranchiună electrică.