Com els compostos conductors de PTFE permeten les beines d'escalfador anti-estàtiques?

El PTFE pur és un dels millors aïllants elèctrics utilitzats en equips industrials i aquesta qualitat generalment el fa extremadament valuós en aplicacions de calefacció per immersió. Però dins dels dipòsits que contenen dissolvents orgànics volàtils i altament resistents, aquesta mateixa propietat aïllant pot ser un perill ocult. A mesura que el fluid es mou sobre la superfície llisa del PTFE, es pot acumular electricitat estàtica, de manera similar a com es carrega un generador Van de Graaff mitjançant la fricció i el moviment. La descàrrega electrostàtica pot provocar la ignició de vapors de dissolvent en condicions inadequades. Una nova classe de compostos conductors de PTFE proporciona una resposta. Introdueixen una quantitat acuradament controlada de conductivitat elèctrica a la funda de l'escalfador. Això permet que les càrregues estàtiques es dissipen amb seguretat abans que siguin perjudicials.

Una mica de carboni proporciona al PTFE una personalitat tranquil·la i-dissipant l'estàtica, convertint una superfície aïllada elèctricament en una que pot desaparèixer lentament la càrrega acumulada.

En escalfar sistemes de dissolvents, l'electricitat estàtica pot ser perillosa
Molts dissolvents industrials tenen una conductivitat elèctrica molt baixa.

Alguns exemples són:

Hexà

Toluè

Ungles, acetona

Alcohol isopropílic

Alcohol etílic

Mescles a base de cetones

Com que aquests fluids flueixen a altes velocitats sobre un escalfador de PTFE estàndard, la fricció entre el líquid i el recobriment altament aïllant pot provocar la separació de la càrrega electrostàtica.

L'acumulació de càrrega es pot millorar en diverses condicions operatives:

Alta velocitat del líquid

Circulació de la bomba

Agitació o esquitxades

Cobriment amb gas sec

Baixa humitat relativa

Materials de tancs no conductors

Si la càrrega no es pot descarregar correctament, el potencial de tensió finalment pot superar la força de ruptura dielèctrica de l'atmosfera circumdant.

La conseqüència pot ser una espurna electrostàtica que pot encendre vapors inflamables.

La idea dels compostos conductors de PTFE
La solució emergent és canviar la pròpia resina de PTFE.

En lloc de PTFE pur, els fabricants van estendre una petita quantitat de material de farciment conductor per tota la matriu de fluoropolímer.

Els additius típics que són conductors són:

Negres de carboni

Nanotubs de carboni

Partícules de grafit

Fibres de carboni conductores

Concentració encara prou baixa perquè el material segueix sent molt semblant al PTFE en termes de resistència a la corrosió i compatibilitat amb el procés.

Però les propietats elèctriques varien dràsticament.

Aquesta investigació és la base del concepte de la funda de l'escalfador antiestàtica compost de PTFE conductor que actualment s'està prestant atenció als sectors de processament químic.

Com modifiquen les propietats elèctriques els farcits conductors
El PTFE pur té generalment una resistivitat de volum extraordinàriament alta d'aproximadament:

10^18 ohms-cm.

Per això és un molt bon aïllant.

Quan les partícules de farciment conductores es dispersen a la resina, es formen petits camins conductors entre les partícules adjacents.

Això pot reduir la resistivitat del material compost a l'ordre de:

10^3 a 10^6 ohms cm

Aquesta conductivitat no és alta en comparació amb els metalls, però és prou alta com per permetre una dissipació lenta de la-càrrega estàtica acumulada.

És important destacar que el material no es converteix en un material elèctricament conductor per actuar com un curtcircuit a les tensions normals de la tensió de funcionament de l'escalfador.

En canvi, el compost es troba en un estat elèctric intermedi, comunament conegut com a anti-estàtic o dissipador d'estàtica.

Com funciona el material anti-estàtic
Els materials anti-estàtics sovint es caracteritzen per una resistivitat superficial d'entre:

10^5 i 10^12 ohms/quadrat

L'acumulació de càrrega en aquest rang es regula amb seguretat elèctrica i rendiment aïllant.

Aquesta conductivitat regulada permet que la funda de l'escalfador:

Eviteu l'acumulació de càrrecs locals-

Minimitzar el risc de descàrregues electrostàtiques

Dissipació gradual de càrregues superficials

Millora la seguretat a les zones-omples de dissolvent

No està pensat per alimentar-se, sinó per evitar l'acumulació-de potencial electrostàtic nociu.

Importància de la distribució uniforme del farciment
Un dels principals problemes en l'enginyeria de materials és la dispersió uniforme del farciment conductor per tota la matriu de PTFE.

La mala dispersió dóna lloc a:

Zones aïllants localitzades

Diferència anti-estàtica

Vies elèctriques febles per a la dissipació

Falles mecàniques

Imperfeccions superficials

Cal distribuir el farciment de manera uniforme perquè la funda de calefacció completa funcioni uniformement a tota la superfície.

Per tant, durant tota la fabricació, els procediments avançats de compostatge i extrusió són imprescindibles.

Aplicacions industrials{0}}basades en dissolvents
El concepte de funda de calefacció antiestàtica compost de PTFE conductor és especialment útil en empreses que processen dissolvents orgànics volàtils en condicions de calefacció controlades.

Les aplicacions típiques són:

Producció de productes farmacèutics

fabricació de productes de química fina

Fabricació de semiconductors

Sistemes de recuperació de dissolvents

Operacions de recobriment

Processos d'extracció especialitzats

El perill d'ignició electrostàtica es considera un problema greu de seguretat del procés en aquestes situacions.

La funda de l'escalfador anti-estàtica és un component d'una estratègia total de prevenció d'explosions que pot incloure:

Cobriment en nitrogen

Sistemes de connexió a terra i connexió

Instrumentació Seguretat intrínseca

Aparell elèctric, a prova{0}}d'explosió

Equilibri entre conductivitat i rigidesa dielèctrica
La introducció de la conductivitat al PTFE sempre comporta una modificació de part de les seves propietats elèctriques originals.

Reducció de la rigidesa dielèctrica
La rigidesa dielèctrica del PTFE pur és extremadament alta.

L'addició de farciment conductor pot disminuir:

Capacitat de trencament de tensió

Marge d'aïllament elèctric

Resistència d'aïllament superficial (

Per tant, el rendiment d'aïllament operatiu s'ha de mantenir segur mitjançant una formulació acurada.

Efectes sobre el potencial de resistència química
Els additius conductors també poden tenir alguns efectes menors sobre:

Resistència a la permeabilitat química

Resistència a la corrosió{0}}a llarg termini

Flexibilitat mecànica

Part superior més llisa

Els efectes solen ser petits, però són consideracions crucials en el disseny d'entorns químics durs.

Aspectes tèrmics i mecànics
Els farcits conductors poden afectar les propietats tèrmiques i mecàniques del material de la funda.

Els possibles canvis inclouen:

Característiques d'expansió tèrmica alterades

Més rigidesa.

La resistència al desgast ha canviat

Variació de la conductivitat tèrmica

S'està mostrant un interès particular en els sistemes basats en nanotubs de carboni, ja que tenen el potencial d'oferir un comportament anti-estàtic amb càrregues de farciment més baixes que les formulacions típiques de negre de carboni.

Els nivells de càrrega més baixos ajuden a retenir més de les qualitats físiques originals del PTFE.

Tendències de desenvolupament de materials en el futur
La investigació sobre sistemes de fluoropolímers conductors està augmentant significativament.

Les àrees de desenvolupament en desenvolupament són:

Nano{0}}xarxes conductores dissenyades

Híbrids (farcits conductors)

Superfícies anti-estàtiques amb-autocuració

Millor química de dispersió

Resistència química millorada Retenció

Els futurs materials poden presentar millors barreges de:

Descàrrega estàtica

Resistència mecànica

Resistència a la corrosió

Propietats d'aïllament elèctric (

L'objectiu és dissenyar beines d'escalfador dissenyades específicament per a situacions de dissolvents explosius mantenint els beneficis inherents dels fluoropolímers.

Conclusions
Els compostos conductors de PTFE són un avenç distintiu, cada cop més important, en la disciplina de la tecnologia de calefacció per immersió industrial. En incloure quantitats controlades amb precisió de carboni conductor dins de la matriu de PTFE, aquests materials guanyen la capacitat de descarregar electricitat estàtica de manera segura i encara mantenen la major part de la resistència química excepcional i la compatibilitat amb els processos de PTFE.

La tecnologia de la funda de l'escalfador antiestàtic compost de PTFE conductor és una àrea emergent, on l'objectiu principal no és la conducció elèctrica en el sentit tradicional, sinó la gestió controlada de la càrrega electrostàtica. Això pot ser especialment útil en sectors que utilitzen el processament amb dissolvents, on una sola descàrrega estàtica pot provocar greus amenaces explosives.

La inserció de farcits conductors pot provocar una certa degradació de la perfecció dielèctrica, però el benefici d'una seguretat electrostàtica augmentada sovint es considera una compensació raonable-. En entorns de procés perillosos, els materials més segurs no són només els que es neguen a reaccionar químicament. També són aquells que es neguen a albergar rancor elèctric.