Quines són les propietats tèrmiques i mecàniques de la mica com a aïllant en la construcció de plaques de calefacció?

Dins de moltes plaques de calefacció industrials hi ha un material prim i escamoso que aïlla l'element de calefacció actiu del cos metàl·lic posat a terra. Aquest material és mica i és essencial en alguns dissenys d'escalfadors a causa de la seva combinació única d'aïllament elèctric i estabilitat a alta temperatura. Coneixent les qualitats tèrmiques i mecàniques de la mica, els enginyers poden seleccionar el material d'aïllament adequat per a escalfadors de banda, escalfadors de tires, escalfadors de cartutxos i sistemes de calefacció de platina.

Què és mica mica? Un aïllant d'origen natural La mica és una sèrie de minerals de silicat naturals que es divideixen en làmines fines, elàstiques i transparents. Les dues varietats més populars utilitzades en aplicacions de calefacció elèctrica són

Mica moscovita (silicat d'alumini de potassi) - El grau més comú, amb bones qualitats elèctriques i resistència tèrmica.

Reformular la frase

Torna a la frase original

Còpia la frase

Sinònims

mica

la mica

una mica

la mica mineral

mica mineral

quars

això

mica mica

mica brillant

mica petita

de mica

mica-com

el mineral

aquest mineral

l'extracció de mica

mica ceràmica

basat en mica{0}

mineral

pigment

pedres precioses

minerals

ús de la mica

minerals com la mica

mica de plata

mica metàl·lica

mica de colors

brillant

partícules de mica

purpurina

metàl·lic

el material

Mica flogopita (silicat de magnesi i alumini): rigidesa dielèctrica una mica més baixa, però una temperatura contínua més alta, emprada en escalfadors industrials d'alta temperatura.

La mica s'extreu i es transforma en làmines, pel·lícules o en formes. Es pot tallar, perforar o modelar al voltant dels dispositius de calefacció. Les làmines de mica són habituals i es superposen amb filferro de resistència, com ara nicrom o equivalent, per fer un conjunt d'elements de calefacció de mica per a escalfadors.

Propietats tèrmiques: conductivitat mitjana i resistència a altes temperatures
Un atribut fonamental de la mica és la seva capacitat per resistir altes temperatures sense desintegrar-se, desgasificar o perdre les capacitats d'aïllament elèctric.

Les temperatures màximes de servei continu varien per a diferents tipus de mica:

Mica moscovita: 932-1112 graus F (500-600 graus)

Flogopita Mica: 700 a 800 graus (1292 a 1472 graus F)

Fins i tot una exposició curta a temperatures més altes (per exemple, 900-1000 graus per a la flogopita) és concebible, però operar per sobre del límit continu durant un temps prolongat comporta una pèrdua gradual de la integritat mecànica i una menor resistència aïllant.

La mica té una conductivitat tèrmica d'uns 0,5 a 0,7 W/m·K. Això és molt més gran que la majoria d'aïllants de polímer (per exemple, PTFE a 0,25 W/mK), però menys que els aïllants ceràmics (per exemple, alúmina a 25-30 W/mK). La conductivitat intermèdia permet que la calor flueixi des del cable de resistència a través de la capa de mica cap al cos de l'escalfador metàl·lic, però proporciona aïllament elèctric.

Coeficient d'expansió tèrmica - La mica té una estructura cristal·lina en capes i, per tant, s'expandeix anisotròpicament. L'expansió al llarg del pla de les làmines és significativa, l'expansió transversal a les làmines és menor. Aquesta anisotropia sol estar ben adaptada als elements calefactors metàl·lics en bones construccions.

Propietats elèctriques Alta resistència dielèctrica Alta resistència a l'aïllament
La mica és apreciada per la seva alta rigidesa dielèctrica. Per a la mica el valor és d'uns 20 kV/mm (kilovolt per mil·límetre de gruix). La tensió de ruptura és de l'ordre de 4.000 volts per a una làmina de mica estàndard de 0,2 mm de gruix, que és molt superior a les tensions d'alimentació habituals de 240 V o 480 V utilitzades en escalfadors industrials.

La resistivitat del volum és extremadament alta, normalment de l'ordre de 10^13 a 10^15 Ω·cm a temperatura ambient, baixant considerablement a temperatures més altes però encara és suficient per a la majoria d'usos de calefacció.

La constant dielèctrica (permitivitat relativa) de la mica és de l'ordre de 6-8 i estable en un ampli rang de freqüències i temperatures.

La mica també s'utilitza com a aïllant per a cables de resistència que funcionen a altes temperatures que fonen o carbonitzen els aïllants de polímer. La mica té propietats elèctriques adequades per a aquest propòsit.

Propietats mecàniques: Flexibilitat, fràgil, sensible a la humitat
Les làmines primes de mica (0,05-0,5 mm) són flexibles, però les làmines gruixudes de mica són trencadisses. El material es pot doblegar al voltant de les corbes, però els plecs aguts faran que s'esquerdi. En la fabricació d'escalfadors, la mica es troquela habitualment a formes exactes amb forats per a terminals o ranures per al cable de resistència.

La resistència a la tracció és generalment baixa i el material és una cisalla feble. La mica no s'utilitzarà com a element estructural, sinó que s'ha de suportar mecànicament per la carcassa de l'escalfador metàl·lic o les plaques de subjecció.

Un desavantatge és l'absorció d'humitat. La mica és un material higroscòpic. L'absorció d'humitat redueix la resistència d'aïllament de la superfície i pot provocar fuites elèctriques o curtcircuits. Per tant, els escalfadors de mica no són adequats per al servei d'immersió o per a configuracions d'alta humitat tret que estiguin segellats hermèticament. Un escalfador de mica en ús s'ha de "fornejar" (primer cicle-d'escalfament) per eliminar la humitat absorbida, ja que no es recomana les lectures inicials d'aïllament baix.

Poca resistència a l'abrasió. Les vores del metall rugós poden raspar o pols de superfícies de mica. El muntatge ha de ser correcte de peces llises desbarbades.

Aïllants de mica, ceràmica i polímer: quina diferència hi ha?
La taula següent compara la mica amb altres materials aïllants elèctrics d'ús habitual per als elements de calefacció:

Propietat mica (moscovita) ceràmica (alúmina, esteatita) polímer (PTFE, PEEK, silicona)
Màx. temperatura contínua 500-600 graus 800-1200 graus (alúmina) PTFE: 260 graus; PEEK: 250 graus; Silicona: 200ºC
Conductivitat tèrmica (W/mK) 0.5 - 0.7 25 - 30 (alúmina) PTFE: 0,25; Silicona: 0,2-0,3
Rigidesa dielèctrica (kV/mm) ~20 10 - 15(alúmina)PTFE: ~20, PEEK: ~20, silicona: ~15
Flexibilitat en làmines fines Flexibilitat mecànica Rígida, trencadissa Flexible (sobretot silicona)
Resistència a la humitat Baixa (higroscòpica) Excel·lent (no absorbent) Excel·lent (repel·lent a l'aigua{0})
Tipus habituals d'escalfadors Escalfador de banda, escalfador de tires, aïllament del nucli de l'escalfador del cartutx.
Cost relatiu Baix a moderat Mitjà a alt Mitjà alt (PEEK)
Aplicacions d'aïllament de mica en plaques calefactores
La mica s'utilitza més habitualment en la fabricació de plaques de calefacció.

Escalfadors de banda de mica - La mica en forma de làmines corbes s'embolica al voltant d'una superfície cilíndrica, amb un cable de resistència enrotllat sobre la mica i una segona capa de mica a la part superior. Tota l'estructura està assegurada en una banda metàl·lica.

Escalfadors de tires de mica - Conjunts de mica plans o corbats utilitzats per escalfar planxes, matrius i plaques de premsa.

Nuclis de l'escalfador del cartutx - El cable de resistència està retorçat a les ranures d'un nucli o mandril de ceràmica, que es troba en una làmina de mica. La mica aïlla elèctricament el cable de la funda metàl·lica exterior.

Escalfadors d'aire. La mica s'utilitza en escalfadors de conductes per aïllar els cables de resistència de bobina oberta-a temperatures superiors a les limitacions de l'aïllament de polímer.

La mica s'utilitza normalment en el disseny d'escalfadors d'alta temperatura quan la temperatura de funcionament supera la limitació de 200-260 C de PTFE o silici, però es requereix un aïllant prim i formable. Per sobre de 800 C, generalment s'utilitzen aïllants ceràmics (alúmina o esteatita), però no són flexibles.

Consideració de disseny i restriccions
Val la pena assenyalar que la mica té nombroses restriccions que cal tenir en compte en el disseny de l'escalfador.

Sensibilitat a la humitat - Els escalfadors de mica que s'han emmagatzemat en un ambient humit s'han de "fornejar" a baixa temperatura (100-150 graus) durant moltes hores abans que s'apliqui tota la potència. Les terminacions segellades i l'encapsulació ajuden a reduir l'entrada d'humitat.

Fràgils sota esforç mecànic - Les làmines de mica poden trencar-se si la carcassa de l'escalfador està massa tensa o si els desequilibris de l'expansió tèrmica provoquen tensions de compressió. Es recomanen dispositius de subjecció amb molla i espai lliure adequat.

Disminució de la resistència d'aïllament a alta temperatura - La mica encara és un excel·lent aïllant a altes temperatures, però la seva resistivitat de volum disminueix en diversos ordres de magnitud. Per a aplicacions de molt alta tensió (per exemple, 1000 V+) pot ser necessària més d'una capa de mica o mica més gruixuda.

No per immersió - La mica no ha d'estar mai en contacte directe amb líquids. L'aigua entra, l'aïllament falla ràpidament i l'electricitat surt. Els escalfadors d'immersió es fabriquen amb pols d'òxid de magnesi (MgO) o PTFE.

Conclusió: un aïllant-provat en temps per a diversos dissenys de plaques de calefacció d'alta-temperatura
Mica ofereix una combinació única d'aïllament elèctric d'alta temperatura en una làmina fina i formable. La mica pot omplir el buit entre polímers de baixa temperatura i ceràmica rígida d'alta temperatura, amb temperatures de servei contínues de 500-600 graus (moscovita) o 700-800 graus (flogopita), rigidesa dielèctrica d'uns 20 kV/mm i conductivitat tèrmica de 0,5-0,7 W/m·K.

És molt adequat per a escalfadors de banda, escalfadors de tires i nuclis d'escalfador de cartutxos on es necessiten flexibilitat, perfil prim i resistència a la temperatura. No obstant això, la seva fragilitat, l'absorció d'humitat i la seva incapacitat per funcionar en entorns humits s'han de superar mitjançant un disseny i una aplicació acurats. L'elecció del material aïllant és important per a la seguretat elèctrica i el rendiment tèrmic i la mica segueix sent una opció provada per a una àmplia gamma de plaques de calefacció industrials que treballen en situacions d'alta temperatura seca.