Hvordan muliggjør ledende PTFE-kompositter anti-statiske varmekapper?

Pure PTFE er en av de beste elektriske isolatorene som brukes i industrielt utstyr, og denne kvaliteten gjør den generelt ekstremt verdifull i nedsenkingsoppvarmingsapplikasjoner. Men inne i tanker som inneholder svært resistive, flyktige organiske løsemidler, kan den samme isolerende egenskapen være en skjult fare. Når væsken beveger seg over den glatte overflaten av PTFE, kan statisk elektrisitet bygges opp, på samme måte som en Van de Graaff-generator lades opp via friksjon og bevegelse. Elektrostatisk utladning kan forårsake antennelse av løsemiddeldamper under uriktige forhold. En ny klasse av ledende PTFE-kompositter gir et svar. De introduserer en nøye kontrollert mengde elektrisk ledningsevne til varmekappen. Dette gjør at statiske ladninger kan forsvinne trygt før de blir skadelige.

Litt karbon gir PTFE en fredelig, statisk-dissiperende personlighet, som konverterer en elektrisk isolert overflate til en som sakte kan tømme oppsamlet ladning.

Ved oppvarming av løsemiddelsystemer kan statisk elektrisitet være farlig
Mange industrielle løsemidler har svært lav elektrisk ledningsevne.

Eksempler er:

Heksan

Toluen

Negler, aceton

Isopropylalkohol

Etylalkohol

Blandinger basert på ketoner

Siden disse væskene strømmer med høye hastigheter over en standard PTFE-varmer, kan friksjonen mellom væsken og det svært isolerende belegget forårsake elektrostatisk ladningsseparasjon.

Ladningsakkumulering kan økes ved under flere driftsforhold:

Høy væskehastighet

Pumpesirkulasjon

Agitasjon eller sprut

Teppe med tørr gass

Lav relativ luftfuktighet

Ikke-ledende tankmaterialer

Hvis ladningen ikke kan utlades på riktig måte, kan spenningspotensialet til slutt overstige den dielektriske nedbrytningsstyrken til den omkringliggende atmosfæren.

Konsekvensen kan være en elektrostatisk gnist som kan antenne brennbare damper.

Ideen om ledende PTFE-kompositter
Den nye løsningen er å endre selve PTFE-harpiksen.

I stedet for ren PTFE sprer produsentene en liten mengde ledende fyllmateriale gjennom hele fluorpolymermatrisen.

Typiske tilsetningsstoffer som er ledende er:

Carbon blacks

Karbon nanorør

Grafittpartikler

Ledende karbonfibre

Fortsatt lav nok konsentrasjon til at materialet fortsatt er veldig likt PTFE når det gjelder korrosjonsmotstand og prosesskompatibilitet.

Men de elektriske egenskapene varierer drastisk.

Denne forskningen er grunnlaget for konseptet med den ledende PTFE kompositt antistatiske varmekappen som for tiden vies oppmerksomhet i kjemisk prosesssektorer.

Hvordan ledende fyllstoffer endrer elektriske egenskaper
Ren PTFE har generelt en ekstraordinær høy volumresistivitet på ca.

10^18 ohm-cm.

Dette er grunnen til at det er en veldig god isolator.

Når ledende fyllstoffpartikler er spredt i harpiksen, dannes det små ledende baner mellom tilstøtende partikler.

Dette kan redusere resistiviteten til komposittmaterialet til størrelsesorden:

10^3 til 10^6 ohm cm

Denne ledningsevnen er ikke høy sammenlignet med metaller, men er høy nok til å tillate en langsom spredning av-oppbygget statisk ladning.

Viktigere er at materialet ikke blir et elektrisk ledende materiale for å fungere som en kortslutning ved normale spenninger av varmeapparatets driftsspenning.

I stedet er kompositten i en mellomliggende elektrisk tilstand, ofte referert til som anti-statisk eller statisk dissipativ.

Slik fungerer anti-statisk materiale
Anti-statiske materialer er ofte preget av en overflateresistivitet på mellom:

10^5 og 10^12 ohm/kvadrat

Ladeakkumulering i dette området er regulert med elektrisk sikkerhet og isolasjonsytelse.

Denne regulerte ledningsevnen gjør at varmekappen kan:

Forhindre lokal kostnadsbygging-

Minimer risikoen for elektrostatisk utladning

Gradvis spredning av overflateladninger

Forbedre sikkerheten i områder med løsemiddel-

Den er ikke ment for strøm, men for å forhindre oppbygging av-skadelig elektrostatisk potensial.

Viktigheten av jevn fordeling av fyllstoff
Et av hovedproblemene innen materialteknikk er den jevne spredningen av det ledende fyllstoffet gjennom PTFE-matrisen.

Dårlig spredning resulterer i:

Lokaliserte isolerende regioner

Anti-statisk forskjell

Svake elektriske veier for spredning

Mekaniske feil

Overflatefeil

Det er nødvendig å fordele fyllstoffet jevnt slik at hele varmekappen fungerer jevnt over hele overflaten.

Derfor er avanserte blandings- og ekstruderingsprosedyrer et must gjennom hele produksjonen.

Løsemiddelbaserte-industrielle applikasjoner
Det ledende PTFE-komposittkonseptet med antistatisk varmekappe er spesielt nyttig i virksomheter som behandler flyktige organiske løsemidler under kontrollerte oppvarmingsforhold.

Typiske bruksområder er:

Produksjon av legemidler

produksjon av finkjemikalier

Halvlederproduksjon

Gjenvinningssystemer for løsemidler

Belegningsoperasjoner

Spesialitetsutvinningsprosesser

Fare for elektrostatisk antennelse anses å være et alvorlig prosesssikkerhetsproblem i slike situasjoner.

Den anti-statiske varmekappen er en komponent i en total eksplosjonsforebyggende strategi som kan omfatte:

Tepper i nitrogen

Jording og bindingssystemer

Instrumentering Egensikkerhet

Elektrisk apparat, eksplosjonssikkert-

Balanse mellom ledningsevne og dielektrisk styrke
Innføringen av ledningsevne til PTFE resulterer alltid i en modifikasjon av deler av dets opprinnelige elektriske egenskaper.

Reduksjon av dielektrisk styrke
Den dielektriske styrken til ren PTFE er ekstremt høy.

Tilsetning av ledende fyllstoff kan redusere:

Spenningsbruddsevne

Isolasjonsmargin, elektrisk

Overflateisolasjonsmotstand (

Derfor bør den operative isolasjonsytelsen holdes sikker gjennom nøye formulering.

Effekter på kjemisk motstandspotensial
Ledende tilsetningsstoffer kan også ha noen mindre effekter på:

Kjemisk permeabilitetsbestandighet

Langsiktig-korrosjonsbestandighet

Mekanisk smidighet

Glattere topp

Effektene er vanligvis små, men de er avgjørende hensyn ved utforming av tøffe kjemiske miljøer.

Termiske og mekaniske aspekter
De ledende fyllstoffene kan påvirke de termiske og mekaniske egenskapene til kappematerialet.

Mulige endringer inkluderer:

Endrede termiske ekspansjonsegenskaper

Mer stivhet.

Slitasjemotstanden endret seg

Variasjon i varmeledningsevne

Spesiell interesse vises for systemer basert på karbon-nanorør, da de har potensial til å levere anti-statisk oppførsel ved lavere fyllstoffmengder enn typiske carbon black-formuleringer.

Lavere belastningsnivåer bidrar til å beholde flere av de opprinnelige fysiske egenskapene til PTFE.

Materialutviklingstrender i fremtiden
Forskningen på ledende fluorpolymersystemer øker betydelig.

Utviklingsområder under utvikling er:

Nano-konstruerte ledende nettverk

Hybrid (ledende fyllinger)

Anti-statiske overflater med selvhelbredende-

Bedre spredningskjemi

Forbedret kjemikaliebestandighet Behold

Fremtidige materialer kan presentere bedre blandinger av:

Statisk utladning

Mekanisk motstand

Motstand mot korrosjon

Elektriske isolasjonsegenskaper (

Målet er å konstruere varmekapper som er spesielt designet for eksplosive løsemiddelsituasjoner, samtidig som de iboende fordelene med fluorpolymerer opprettholdes.

Konklusjoner
Konduktive PTFE-kompositter er et særegent, mer og viktigere, gjennombrudd i faget industriell nedsenkingsvarmeteknologi. Ved å inkludere nøyaktig kontrollerte mengder ledende karbon i PTFE-matrisen, får disse materialene kapasitet til å utlade statisk elektrisitet på en sikker måte og fortsatt opprettholde det meste av PTFEs enestående kjemiske motstand og prosesskompatibilitet.

Teknologien til ledende PTFE kompositt antistatisk varmekappe er et fremvoksende område, hvor hovedmålet ikke er elektrisk ledning i tradisjonell forstand, men kontrollert elektrostatisk ladning. Dette kan være spesielt nyttig i sektorer som bruker løsemiddelbehandling, der en enkelt statisk utladning kan forårsake alvorlige eksplosive trusler.

Innsetting av ledende fyllstoffer kan føre til en viss forringelse av dielektrisk perfeksjon, men fordelen med økt elektrostatisk sikkerhet anses ofte som en rimelig avveining.- I farlige prosessmiljøer er de sikreste materialene ikke bare de som nekter å reagere kjemisk. De er også de som nekter å nære et elektrisk nag.