Ako vodivé PTFE kompozity umožňujú anti-statické ohrievacie plášte?

Čistý PTFE je jedným z najlepších elektrických izolátorov používaných v priemyselných zariadeniach a táto kvalita ho vo všeobecnosti robí mimoriadne cenným v aplikáciách ponorného ohrevu. Ale vo vnútri nádrží obsahujúcich vysoko odolné prchavé organické rozpúšťadlá môže byť tá istá izolačná vlastnosť skrytým nebezpečenstvom. Keď sa tekutina pohybuje po hladkom povrchu PTFE, môže sa hromadiť statická elektrina, podobne ako sa Van de Graaffov generátor nabíja trením a pohybom. Elektrostatický výboj môže za nevhodných podmienok spôsobiť vznietenie pár rozpúšťadiel. Nová trieda vodivých PTFE kompozitov poskytuje odpoveď. Zavádzajú starostlivo kontrolované množstvo elektrickej vodivosti do plášťa ohrievača. To umožňuje, aby sa statický náboj bezpečne rozptýlil skôr, ako sa stanú škodlivými.

Trochu uhlíka dodáva PTFE pokojnú, statickú -disperznú osobnosť, ktorá mení elektricky izolovaný povrch na povrch, ktorý môže pomaly vypúšťať nahromadený náboj.

Pri zahrievaní systémov s rozpúšťadlom môže byť statická elektrina nebezpečná
Mnohé priemyselné rozpúšťadlá majú veľmi nízku elektrickú vodivosť.

Príklady sú:

Hexán

toluén

Nechty, acetón

Izopropylalkohol

Etylalkohol

Zmesi na báze ketónov

Keďže tieto kvapaliny prúdia vysokou rýchlosťou cez štandardný ohrievač PTFE, trenie medzi kvapalinou a vysoko izolačným povlakom môže spôsobiť oddelenie elektrostatického náboja.

Akumuláciu náboja možno zvýšiť za niekoľkých prevádzkových podmienok:

Vysoká rýchlosť kvapaliny

Cirkulácia čerpadla

Rozruch alebo striekanie

Deka suchým plynom

Nízka relatívna vlhkosť

Nevodivé materiály nádrže

Ak náboj nemôže byť správne vybitý, napäťový potenciál môže nakoniec prekročiť dielektrickú prieraznú silu okolitej atmosféry.

Dôsledkom môže byť elektrostatická iskra, ktorá môže zapáliť horľavé výpary.

Myšlienka vodivých PTFE kompozitov
Vznikajúcim riešením je výmena samotnej PTFE živice.

Namiesto čistého PTFE výrobcovia naniesli malé množstvo vodivého výplňového materiálu do fluórpolymérovej matrice.

Typické prísady, ktoré sú vodivé, sú:

Sadze

Uhlíkové nanorúrky

Grafitové častice

Vodivé uhlíkové vlákna

Stále dostatočne nízka koncentrácia, že materiál je stále veľmi podobný PTFE, pokiaľ ide o odolnosť proti korózii a kompatibilitu procesu.

Elektrické vlastnosti sa však drasticky líšia.

Tento výskum je základom pre koncepciu vodivého PTFE kompozitného antistatického ohrievača, ktorému sa v súčasnosti venuje pozornosť v odvetviach chemického spracovania.

Ako vodivé plnivá upravujú elektrické vlastnosti
Čistý PTFE má vo všeobecnosti mimoriadne vysoký objemový odpor približne:

10^18 ohm-cm.

Preto je veľmi dobrým izolantom.

Keď sú častice vodivého plniva rozptýlené v živici, medzi susednými časticami sa vytvoria malé vodivé dráhy.

To môže znížiť odpor kompozitného materiálu na rádovo:

10^3 až 10^6 ohm cm

Táto vodivosť nie je vysoká v porovnaní s kovmi, ale je dostatočne vysoká na to, aby umožnila pomalé rozptyľovanie-nahromadeného statického náboja.

Dôležité je, že materiál sa nestane elektricky vodivým materiálom, aby pôsobil ako skrat pri normálnych napätiach prevádzkového napätia ohrievača.

Namiesto toho je kompozit v prechodnom elektrickom stave, ktorý sa bežne označuje ako anti-statický alebo statický rozptyl.

Ako funguje anti{0}}statický materiál
Anti{0}}statické materiály sa často vyznačujú povrchovým odporom medzi:

10^5 a 10^12 ohmov/štvorec

Akumulácia náboja v tomto rozsahu je regulovaná elektrickou bezpečnosťou a izolačným výkonom.

Táto regulovaná vodivosť umožňuje plášťu ohrievača:

Zabráňte hromadeniu miestnych poplatkov-

Minimalizujte riziko elektrostatického výboja

Postupné rozptyľovanie povrchových nábojov

Zvýšte bezpečnosť v oblastiach-naplnených rozpúšťadlom

Nie je určený na napájanie, ale na zabránenie-nahromadeniu škodlivého elektrostatického potenciálu.

Význam rovnomerného rozloženia plniva
Jedným z hlavných problémov v materiálovom inžinierstve je rovnomerné rozptýlenie vodivého plniva v matrici PTFE.

Slabý rozptyl má za následok:

Lokalizované izolačné oblasti

Anti{0}}statický rozdiel

Slabé elektrické cesty pre rozptyl

Mechanické poruchy

Nedokonalosti povrchu

Plnivo je potrebné rozložiť rovnomerne, aby celý vykurovací plášť pôsobil rovnomerne po celej ploche.

V priebehu výroby sú teda nevyhnutné pokročilé postupy zmiešavania a vytláčania.

Priemyselné aplikácie-na báze rozpúšťadiel
Koncept antistatického ohrievača z vodivého kompozitného PTFE je obzvlášť užitočný v podnikoch, ktoré spracúvajú prchavé organické rozpúšťadlá za podmienok kontrolovaného zahrievania.

Typické aplikácie sú:

Výroba liečiv

výroba čistých chemikálií

Výroba polovodičov

Systémy regenerácie rozpúšťadiel

Poťahovacie operácie

Špeciálne extrakčné procesy

Nebezpečenstvo elektrostatického vznietenia sa v takýchto situáciách považuje za vážny problém bezpečnosti procesu.

Anti{0}}statický plášť ohrievača je jednou súčasťou stratégie úplnej prevencie výbuchu, ktorá môže zahŕňať:

Deka v dusíku

Systémy uzemnenia a spojenia

Prístrojové vybavenie Iskrová bezpečnosť

Elektrické zariadenia,-odolné proti výbuchu

Rovnováha medzi vodivosťou a dielektrickou pevnosťou
Zavedenie vodivosti do PTFE vždy vedie k modifikácii časti jeho pôvodných elektrických vlastností.

Zníženie dielektrickej pevnosti
Dielektrická pevnosť čistého PTFE je extrémne vysoká.

Pridanie vodivého plniva môže znížiť:

Schopnosť prerušenia napätia

Izolačná rezerva, el

Odpor povrchovej izolácie (

Preto by mala byť prevádzková izolačná účinnosť udržiavaná v bezpečí prostredníctvom starostlivého zloženia.

Účinky na potenciál chemickej odolnosti
Vodivé prísady môžu mať tiež určité menšie účinky na:

Odolnosť voči chemickej priepustnosti

Dlhodobá-odolnosť voči korózii

Mechanická ohybnosť

Hladší top

Účinky sú zvyčajne malé, ale sú rozhodujúcimi faktormi pri navrhovaní drsných chemických prostredí.

Tepelné a mechanické aspekty
Vodivé plnivá môžu ovplyvniť tepelné a mechanické vlastnosti materiálu plášťa.

Medzi možné zmeny patria:

Zmenené charakteristiky tepelnej rozťažnosti

Väčšia tuhosť.

Odolnosť proti opotrebovaniu zmenená

Rozdiely v tepelnej vodivosti

Osobitný záujem je o systémy založené na uhlíkových nanorúrkach, pretože majú potenciál poskytovať anti{0}}statické správanie pri nižšom obsahu plniva ako typické formulácie sadzí.

Nižšie úrovne zaťaženia pomáhajú zachovať viac pôvodných fyzikálnych vlastností PTFE.

Trendy vývoja materiálov v budúcnosti
Výskum vodivých fluórpolymérových systémov výrazne narastá.

Pripravované oblasti vývoja sú:

Vodivé siete vytvorené nano-

Hybridné (vodivé výplne)

Anti{0}}statické povrchy so samočistením-

Lepšia disperzná chémia

Zlepšená chemická odolnosť Zachovať

Budúce materiály môžu predstavovať lepšie kombinácie:

Statický výboj

Mechanická odolnosť

Odolnosť proti korózii

Elektroizolačné vlastnosti (

Cieľom je skonštruovať plášte ohrievačov, ktoré sú špeciálne navrhnuté pre výbušné situácie s rozpúšťadlami pri zachovaní základných výhod fluórovaných polymérov.

Závery
Vodivé PTFE kompozity sú výrazným, čoraz dôležitejším prelomom v disciplíne priemyselnej technológie ponorného ohrevu. Zahrnutím presne kontrolovaného množstva vodivého uhlíka do matrice PTFE tieto materiály získavajú schopnosť bezpečne vybíjať statickú elektrinu a stále si zachovávajú väčšinu vynikajúcej chemickej odolnosti PTFE a procesnej kompatibility.

Technológia vodivého PTFE kompozitného antistatického plášťa ohrievača je novou oblasťou, kde hlavným cieľom nie je elektrické vedenie v tradičnom zmysle, ale riadené riadenie elektrostatického náboja. To môže byť užitočné najmä v sektoroch, ktoré využívajú spracovanie rozpúšťadiel, kde jediný statický výboj môže spôsobiť vážne výbušné hrozby.

Vloženie vodivých plnív môže spôsobiť určité zhoršenie dielektrickej dokonalosti, ale výhoda zvýšenej elektrostatickej bezpečnosti sa často považuje za rozumnú{0}}výhodu. V nebezpečných procesných prostrediach sú najbezpečnejšie materiály nielen tie, ktoré odmietajú chemicky reagovať. Sú to tiež tí, ktorí odmietajú prechovávať elektrickú zášť.