W jaki sposób przewodzące kompozyty PTFE umożliwiają stosowanie antystatycznych osłon grzejników?

Czysty PTFE jest jednym z najlepszych izolatorów elektrycznych stosowanych w urządzeniach przemysłowych i dzięki tej jakości jest niezwykle cenny w zastosowaniach związanych z ogrzewaniem zanurzeniowym. Jednak wewnątrz zbiorników zawierających wysoce oporne, lotne rozpuszczalniki organiczne te same właściwości izolacyjne mogą stanowić ukryte zagrożenie. Gdy płyn przemieszcza się po gładkiej powierzchni PTFE, może gromadzić się elektryczność statyczna, podobnie jak generator Van de Graaffa ładuje się w wyniku tarcia i ruchu. Wyładowania elektrostatyczne mogą spowodować zapłon oparów rozpuszczalnika w nieodpowiednich warunkach. Odpowiedzi dostarcza nowa klasa przewodzących kompozytów PTFE. Wprowadzają dokładnie kontrolowaną ilość przewodności elektrycznej do osłony grzejnika. Pozwala to na bezpieczne rozproszenie ładunków statycznych, zanim staną się szkodliwe.

Niewielka ilość węgla nadaje PTFE spokojną,-rozpraszającą właściwości, przekształcając elektrycznie izolowaną powierzchnię w taką, która może powoli wykrwawiać zebrany ładunek.

Podczas ogrzewania systemów rozpuszczalnikowych Elektryczność statyczna może być niebezpieczna
Wiele rozpuszczalników przemysłowych ma bardzo niską przewodność elektryczną.

Przykładami są:

Heksan

Toluen

Gwoździe, aceton

Alkohol izopropylowy

Alkohol etylowy

Mieszanki na bazie ketonów

Ponieważ płyny te przepływają z dużą prędkością przez standardowy grzejnik PTFE, tarcie pomiędzy cieczą a wysoce izolującą powłoką może spowodować oddzielenie ładunku elektrostatycznego.

Akumulacja ładunku może zostać zwiększona w kilku warunkach operacyjnych:

Wysoka prędkość cieczy

Cyrkulacja pompy

Pobudzenie lub rozpryskiwanie

Kocowanie suchym gazem

Niska wilgotność względna

Nieprzewodzące materiały zbiornika

Jeśli ładunek nie może zostać prawidłowo rozładowany, potencjał napięcia może ostatecznie przekroczyć wytrzymałość dielektryka otaczającej atmosfery.

Konsekwencją może być iskra elektrostatyczna, która może spowodować zapalenie łatwopalnych oparów.

Idea przewodzących kompozytów PTFE
Pojawiającym się rozwiązaniem jest zmiana samej żywicy PTFE.

Zamiast czystego PTFE twórcy rozprowadzili niewielką ilość przewodzącego materiału wypełniającego w matrycy fluoropolimerowej.

Typowe dodatki przewodzące to:

Sadze

Nanorurki węglowe

Cząsteczki grafitu

Przewodzące włókna węglowe

Wciąż na tyle niskie stężenie, że materiał jest nadal bardzo podobny do PTFE pod względem odporności na korozję i zgodności procesowej.

Ale właściwości elektryczne różnią się drastycznie.

Badania te stanowią podstawę koncepcji antystatycznej osłony grzejnika z przewodzącego kompozytu PTFE, na którą obecnie zwraca się uwagę w sektorach przetwórstwa chemicznego.

Jak wypełniacze przewodzące modyfikują właściwości elektryczne
Czysty PTFE ma na ogół niezwykle wysoką rezystywność objętościową wynoszącą około:

10^18 omów-cm.

Dlatego jest bardzo dobrym izolatorem.

Kiedy przewodzące cząstki wypełniacza są rozproszone w żywicy, pomiędzy sąsiadującymi cząstkami tworzą się małe ścieżki przewodzące.

Może to zmniejszyć rezystywność materiału kompozytowego do rzędu:

10^3 do 10^6 omów cm

Ta przewodność nie jest wysoka w porównaniu z metalami, ale jest wystarczająco wysoka, aby umożliwić powolne rozpraszanie nagromadzonego-ładunku statycznego.

Co ważne, materiał nie staje się materiałem przewodzącym prąd elektryczny, który mógłby działać jak zwarcie przy normalnych napięciach napięcia roboczego grzejnika.

Zamiast tego kompozyt znajduje się w pośrednim stanie elektrycznym, powszechnie określanym jako antystatyczny lub rozpraszający ładunki elektrostatyczne.

Jak działa materiał-antystatyczny
Materiały-antystatyczne często charakteryzują się opornością powierzchniową w zakresie:

10^5 i 10^12 omów/kwadrat

Akumulacja ładunku w tym zakresie jest regulowana bezpieczeństwem elektrycznym i właściwościami izolacyjnymi.

Ta regulowana przewodność umożliwia osłonie grzejnika:

Zapobiegaj lokalnemu gromadzeniu się opłat-

Minimalizuj ryzyko wyładowań elektrostatycznych

Stopniowe rozpraszanie ładunków powierzchniowych

Zwiększ bezpieczeństwo w obszarach-wypełnionych rozpuszczalnikami

Nie jest przeznaczony do zasilania, ale do zapobiegania-narastaniu szkodliwego potencjału elektrostatycznego.

Znaczenie równomiernego rozprowadzenia wypełniacza
Jednym z głównych problemów inżynierii materiałowej jest równomierne rozproszenie przewodzącego wypełniacza w osnowie PTFE.

Słaba dyspersja powoduje:

Zlokalizowane obszary izolacyjne

Różnica antystatyczna

Słabe ścieżki elektryczne rozpraszania

Usterki mechaniczne

Niedoskonałości powierzchni

Należy równomiernie rozprowadzić wypełniacz tak, aby cała osłona grzejna działała równomiernie na całej powierzchni.

Dlatego podczas całej produkcji konieczne są zaawansowane procedury mieszania i wytłaczania.

Zastosowania przemysłowe-rozpuszczalnikowe
Koncepcja antystatycznej osłony grzejnika z przewodzącego kompozytu PTFE jest szczególnie przydatna w przedsiębiorstwach przetwarzających lotne rozpuszczalniki organiczne w kontrolowanych warunkach ogrzewania.

Typowe zastosowania to:

Produkcja farmaceutyków

produkcja wysokowartościowych chemikaliów

Produkcja półprzewodników

Systemy odzyskiwania rozpuszczalników

Operacje powlekania

Specjalne procesy ekstrakcji

W takich sytuacjach niebezpieczeństwo zapłonu elektrostatycznego uważane jest za poważny problem bezpieczeństwa procesu.

Antystatyczna osłona grzejnika-jest jednym z elementów strategii całkowitego zapobiegania wybuchom, która może obejmować:

Kocowanie w azocie

Systemy uziemiające i łączące

Oprzyrządowanie Iskrobezpieczeństwo

Urządzenia elektryczne,-przeciwwybuchowe

Równowaga między przewodnością a wytrzymałością dielektryczną
Wprowadzenie przewodności do PTFE zawsze powoduje modyfikację części jego pierwotnych właściwości elektrycznych.

Zmniejszenie wytrzymałości dielektrycznej
Wytrzymałość dielektryczna czystego PTFE jest niezwykle wysoka.

Dodatek wypełniacza przewodzącego może zmniejszyć:

Możliwość przebicia napięcia

Margines izolacji, elektryczny

Rezystancja izolacji powierzchniowej (

Dlatego też należy zapewnić bezpieczne działanie izolacji operacyjnej poprzez staranne sformułowanie.

Wpływ na potencjał odporności chemicznej
Dodatki przewodzące mogą również mieć niewielki wpływ na:

Odporność na przepuszczalność chemiczną

Długotrwała-odporność na korozję

Giętkość mechaniczna

Gładsza góra

Skutki są zwykle niewielkie, ale mają kluczowe znaczenie przy projektowaniu trudnych środowisk chemicznych.

Aspekty termiczne i mechaniczne
Wypełniacze przewodzące mogą wpływać na właściwości termiczne i mechaniczne materiału osłony.

Możliwe zmiany obejmują:

Zmieniona charakterystyka rozszerzalności cieplnej

Większa sztywność.

Zmieniono odporność na zużycie

Różnice w przewodności cieplnej

Szczególne zainteresowanie wykazują systemy oparte na nanorurkach węglowych, ponieważ mogą one zapewniać-zachowanie antystatyczne przy niższych zawartościach wypełniacza niż typowe preparaty sadzy.

Niższe poziomy obciążenia pomagają zachować więcej oryginalnych właściwości fizycznych PTFE.

Trendy rozwoju materiałów w przyszłości
Badania nad przewodzącymi układami fluoropolimerowymi znacznie wzrastają.

Obszary rozwoju w przygotowaniu to:

Nano-inżynieryjne sieci przewodzące

Hybrydowe (wypełnienia przewodzące)

Powierzchnie antystatyczne-z funkcją samonaprawy-

Lepsza chemia dyspersji

Zwiększona odporność chemiczna. Zachować

Przyszłe materiały mogą zawierać lepsze mieszanki:

Wyładowanie statyczne

Odporność mechaniczna

Odporność na korozję

Właściwości izolacji elektrycznej (

Celem jest zaprojektowanie osłon grzejników specjalnie zaprojektowanych do stosowania w sytuacjach, w których występują rozpuszczalniki wybuchowe, przy jednoczesnym zachowaniu nieodłącznych zalet fluoropolimerów.

Wnioski
Przewodzące kompozyty PTFE stanowią charakterystyczny, coraz ważniejszy przełom w dyscyplinie przemysłowej technologii nagrzewania zanurzeniowego. Dzięki włączeniu precyzyjnie kontrolowanych ilości przewodzącego węgla do matrycy PTFE, materiały te zyskują zdolność bezpiecznego odprowadzania elektryczności statycznej przy jednoczesnym zachowaniu większości wyjątkowej odporności chemicznej i zgodności procesowej PTFE.

Technologia antystatycznej powłoki grzejnej z przewodzącego kompozytu PTFE to rozwijający się obszar, w którym głównym celem nie jest przewodzenie elektryczne w tradycyjnym sensie, ale kontrolowane zarządzanie ładunkami elektrostatycznymi. Może to być szczególnie przydatne w sektorach, w których stosuje się przetwarzanie rozpuszczalników, gdzie pojedynczy wyładowanie statyczne może spowodować poważne zagrożenie wybuchem.

Wprowadzenie wypełniaczy przewodzących może spowodować pewne pogorszenie doskonałości dielektrycznej, ale korzyść w postaci zwiększonego bezpieczeństwa elektrostatycznego jest często uważana za rozsądny-kompromis. W niebezpiecznych środowiskach procesowych najbezpieczniejsze materiały to nie tylko te, które nie wchodzą w reakcję chemiczną. To także ci, którzy nie chowają urazy do elektryki.