Kako prevodni PTFE kompoziti omogočajo proti{0}}statične grelne ovoje?

Čisti PTFE je eden najboljših električnih izolatorjev, ki se uporabljajo v industrijski opremi, in zaradi te kakovosti je na splošno izjemno dragocen v aplikacijah za potopno ogrevanje. Toda znotraj rezervoarjev, ki vsebujejo zelo uporna, hlapljiva organska topila, je lahko ta ista izolacijska lastnost prikrita nevarnost. Ko se tekočina premika po gladki površini PTFE, se lahko kopiči statična elektrika, podobno kot se Van de Graaffov generator polni s trenjem in gibanjem. Elektrostatična razelektritev lahko povzroči vžig hlapov topil v neustreznih pogojih. Nov razred prevodnih PTFE kompozitov ponuja odgovor. V grelni ovoj vnašajo skrbno nadzorovano količino električne prevodnosti. To omogoča, da se statični naboji varno razpršijo, preden postanejo škodljivi.

Malo ogljika daje PTFE mirno osebnost,-ki razprši elektriko, saj električno izolirano površino spremeni v površino, ki lahko počasi odvaja zbrani naboj.

Pri segrevanju sistemov topil je lahko statična elektrika nevarna
Veliko industrijskih topil ima zelo nizko električno prevodnost.

Primeri so:

Heksan

Toluen

Nohti, aceton

Izopropilni alkohol

Etilni alkohol

Mešanice na osnovi ketonov

Ker te tekočine tečejo pri visokih hitrostih preko standardnega PTFE grelnika, lahko trenje med tekočino in visoko izolativno prevleko povzroči ločitev elektrostatičnega naboja.

Akumulacija naboja se lahko poveča v več delovnih pogojih:

Visoka hitrost tekočine

Kroženje črpalke

Vznemirjenost ali brizganje

Oblaganje s suhim plinom

Nizka relativna vlažnost

Neprevodni materiali rezervoarjev

Če se naboj ne more pravilno izprazniti, lahko napetostni potencial končno preseže prebojno moč dielektrika okoliške atmosfere.

Posledica je lahko elektrostatična iskra, ki lahko vname vnetljive hlape.

Zamisel o prevodnih PTFE kompozitih
Rešitev, ki se pojavlja, je zamenjava same PTFE smole.

Namesto čistega PTFE so izdelovalci razširili majhno količino prevodnega polnilnega materiala po celotni fluoropolimerni matrici.

Tipični dodatki, ki so prevodni, so:

Saje

Ogljikove nanocevke

Grafitni delci

Prevodna ogljikova vlakna

Še vedno dovolj nizka koncentracija, da je material še vedno zelo podoben PTFE v smislu odpornosti proti koroziji in združljivosti postopka.

Toda električne lastnosti se drastično razlikujejo.

Ta raziskava je osnova za koncept prevodnega PTFE kompozitnega antistatičnega grelnega ovoja, ki mu trenutno namenjajo pozornost v sektorjih kemične predelave.

Kako prevodna polnila spreminjajo električne lastnosti
Čisti PTFE ima na splošno izjemno visoko prostorninsko upornost približno:

10^18 ohm-cm.

Zato je zelo dober izolator.

Ko so prevodni delci polnila razpršeni v smoli, se med sosednjimi delci oblikujejo majhne prevodne poti.

To lahko zmanjša upornost kompozitnega materiala na:

10^3 do 10^6 ohm cm

Ta prevodnost ni visoka v primerjavi s kovinami, vendar je dovolj visoka, da omogoča počasno razpršitev-nabranega statičnega naboja.

Pomembno je, da material ne postane električno prevoden material, da bi deloval kot kratek stik pri normalnih napetostih delovne napetosti grelnika.

Namesto tega je kompozit v vmesnem električnem stanju, ki se običajno imenuje anti-statično ali statično disipativno.

Kako deluje proti-statični material
Za anti{0}}statične materiale je pogosto značilna površinska upornost med:

10^5 in 10^12 ohm/kvadrat

Akumulacija naboja v tem območju je regulirana z električno varnostjo in izolacijo.

Ta regulirana prevodnost omogoča, da plašč grelnika:

Preprečite nabiranje-lokalnih stroškov

Zmanjšajte tveganje elektrostatične razelektritve

Postopna disipacija površinskih nabojev

Izboljšajte varnost na območjih-napolnjenih s topili

Ni namenjen za napajanje, temveč za preprečevanje-nabiranja škodljivega elektrostatičnega potenciala.

Pomen enakomerne porazdelitve polnila
Ena od glavnih težav pri inženiringu materialov je enakomerna disperzija prevodnega polnila po PTFE matrici.

Posledica slabe disperzije je:

Lokalizirana izolacijska območja

Anti{0}}statična razlika

Šibke električne poti za disipacijo

Mehanske napake

Površinske nepopolnosti

Polnilo je treba enakomerno razporediti, da bo celoten grelni plašč enakomerno deloval po celotni površini.

Tako so v celotni proizvodnji nujni napredni postopki mešanja in iztiskanja.

Industrijske aplikacije-na osnovi topil
Koncept prevodnega PTFE kompozitnega protistatičnega grelnega ovoja je še posebej uporaben v podjetjih, ki obdelujejo hlapna organska topila pod nadzorovanimi pogoji ogrevanja.

Tipične aplikacije so:

Proizvodnja zdravil

proizvodnja finih kemikalij

Proizvodnja polprevodnikov

Sistemi za rekuperacijo topil

Postopki premazovanja

Posebni postopki ekstrakcije

Nevarnost elektrostatičnega vžiga se v takih situacijah šteje za resen problem varnosti procesa.

Anti{0}}ohišje antistatičnega grelnika je ena komponenta celovite strategije za preprečevanje eksplozije, ki lahko vključuje:

Prekrivanje z dušikom

Sistemi za ozemljitev in povezovanje

Lastna varnost instrumentov

Električni aparati,-odporni proti eksploziji

Ravnovesje med prevodnostjo in dielektrično trdnostjo
Uvedba prevodnosti v PTFE vedno povzroči spremembo dela njegovih prvotnih električnih lastnosti.

Zmanjšanje dielektrične trdnosti
Dielektrična trdnost čistega PTFE je izjemno visoka.

Dodatek prevodnega polnila lahko zmanjša:

Zmogljivost prekinitve napetosti

Meja izolacije, električna

Izolacijska odpornost površine (

Zato je treba delovanje izolacije zagotoviti s skrbno formulacijo.

Učinki na potencial kemične odpornosti
Prevodni dodatki imajo lahko tudi manjše učinke na:

Odpornost na kemično prepustnost

Dolgotrajna odpornost- proti koroziji

Mehanska upogljivost

Bolj gladek vrh

Učinki so običajno majhni, vendar so ključnega pomena pri načrtovanju ostrih kemičnih okolij.

Toplotni in mehanski vidiki
Prevodna polnila lahko vplivajo na toplotne in mehanske lastnosti materiala plašča.

Možne spremembe vključujejo:

Spremenjene lastnosti toplotnega raztezanja

Več togosti.

Spremenjena odpornost proti obrabi

Sprememba toplotne prevodnosti

Posebno zanimanje se kaže za sisteme, ki temeljijo na ogljikovih nanocevkah, saj lahko zagotovijo anti{0}}statično obnašanje pri nižjih obremenitvah polnila kot tipične formulacije saj.

Nižje stopnje obremenitve pomagajo ohraniti več prvotnih fizičnih lastnosti PTFE.

Trendi razvoja materialov v prihodnosti
Raziskave prevodnih fluoropolimernih sistemov se znatno povečujejo.

Razvojna področja v nastajanju so:

Nano-izdelana prevodna omrežja

Hibrid (prevodna polnila)

Anti-statične površine s samo-celjenjem

Boljša disperzijska kemija

Izboljšana kemična odpornost Retain

Prihodnji materiali bodo morda predstavljali boljše mešanice:

Statična razelektritev

Mehanska odpornost

Odpornost proti koroziji

Električne izolacijske lastnosti (

Cilj je izdelati grelne ovoje, ki so posebej zasnovani za situacije z eksplozivnimi topili, hkrati pa ohraniti inherentne prednosti fluoropolimerov.

Sklepi
Prevodni PTFE kompoziti so izrazit, čedalje pomembnejši preboj v disciplini tehnologije industrijskega potopnega ogrevanja. Z vključitvijo natančno nadzorovanih količin prevodnega ogljika v matrico PTFE ti materiali pridobijo sposobnost varnega odvajanja statične elektrike in še vedno ohranjajo večino izjemne kemične odpornosti PTFE in združljivosti postopkov.

Tehnologija prevodnega PTFE kompozitnega antistatičnega grelnega ovoja je nastajajoče področje, kjer glavni cilj ni električna prevodnost v tradicionalnem smislu, temveč nadzorovano upravljanje elektrostatičnega naboja. To je lahko še posebej uporabno v sektorjih, ki uporabljajo obdelavo s topili, kjer lahko ena sama statična razelektritev povzroči resne nevarnosti eksplozije.

Vstavljanje prevodnih polnil lahko povzroči nekaj poslabšanja dielektrične popolnosti, vendar se prednost povečane elektrostatične varnosti pogosto obravnava kot razumen kompromis-. V nevarnih procesnih okoljih najvarnejši materiali niso le tisti, ki nočejo kemično reagirati. So tudi tisti, ki nočejo gojiti električne zamere.