Hoe maken geleidende PTFE-composieten anti{0}}statische verwarmingsmantels mogelijk?

Zuiver PTFE is een van de beste elektrische isolatoren die in industriële apparatuur worden gebruikt en deze kwaliteit maakt het over het algemeen uiterst waardevol bij toepassingen met dompelverwarming. Maar in tanks die zeer resistente, vluchtige organische oplosmiddelen bevatten, kan diezelfde isolerende eigenschap een verborgen gevaar vormen. Terwijl de vloeistof over het gladde oppervlak van de PTFE beweegt, kan zich statische elektriciteit opbouwen, vergelijkbaar met de manier waarop een Van de Graaff-generator wordt opgeladen via wrijving en beweging. Elektrostatische ontlading kan onder ongepaste omstandigheden ontsteking van dampen van oplosmiddelen veroorzaken. Een nieuwe klasse geleidende PTFE-composieten biedt een antwoord. Ze introduceren een zorgvuldig gecontroleerde hoeveelheid elektrische geleidbaarheid in de verwarmingsmantel. Hierdoor kunnen statische ladingen veilig verdwijnen voordat ze schadelijk worden.

Een beetje koolstof geeft de PTFE een vredige, statisch-verdrijvende persoonlijkheid, waardoor een elektrisch geïsoleerd oppervlak wordt omgezet in een oppervlak dat de verzamelde lading langzaam kan afvoeren.

Bij het verwarmen van oplosmiddelsystemen kan statische elektriciteit gevaarlijk zijn
Veel industriële oplosmiddelen hebben een zeer lage elektrische geleidbaarheid.

Voorbeelden zijn:

Hexaan

Tolueen

Nagels, aceton

Isopropylalcohol

Ethylalcohol

Mengsels op basis van ketonen

Omdat deze vloeistoffen met hoge snelheden over een standaard PTFE-verwarmer stromen, kan de wrijving tussen de vloeistof en de sterk isolerende coating elektrostatische ladingsscheiding veroorzaken.

Ladingsaccumulatie kan onder verschillende operationele omstandigheden worden verbeterd:

Hoge vloeistofsnelheid

Pompcirculatie

Agitatie of spatten

Afdekken met droog gas

Lage relatieve luchtvochtigheid

Niet-geleidende tankmaterialen

Als de lading niet goed kan worden ontladen, kan het spanningspotentieel uiteindelijk de diëlektrische doorslagsterkte van de omringende atmosfeer overschrijden.

Het gevolg kan een elektrostatische vonk zijn, die brandbare dampen kan doen ontbranden.

Het idee van geleidende PTFE-composieten
De opkomende oplossing is het vervangen van de PTFE-hars zelf.

In plaats van puur PTFE verspreidden de makers een kleine hoeveelheid geleidend vulmateriaal door de fluorpolymeermatrix.

Typische additieven die geleidend zijn zijn:

Koolzwart

Koolstof nanobuisjes

Grafietdeeltjes

Geleidende koolstofvezels

De concentratie is nog steeds zo laag dat het materiaal qua corrosieweerstand en procescompatibiliteit nog steeds veel op PTFE lijkt.

Maar de elektrische eigenschappen variëren drastisch.

Dit onderzoek vormt de basis voor het concept van de geleidende PTFE-composiet antistatische verwarmingsmantel, die momenteel aandacht krijgt in de chemische verwerkingssector.

Hoe geleidende vulstoffen de elektrische eigenschappen wijzigen
Zuiver PTFE heeft over het algemeen een buitengewoon hoge volumeweerstand van ongeveer:

10^18 ohm-cm.

Daarom isoleert het zeer goed.

Wanneer geleidende vulstofdeeltjes in de hars worden gedispergeerd, worden er kleine geleidende paden gevormd tussen aangrenzende deeltjes.

Dit kan de soortelijke weerstand van het composietmateriaal verminderen tot de orde van:

10^3 tot 10^6 ohm cm

Deze geleidbaarheid is niet hoog in vergelijking met metalen, maar is hoog genoeg om een ​​langzame dissipatie van de opgebouwde- statische lading mogelijk te maken.

Belangrijk is dat het materiaal geen elektrisch geleidend materiaal wordt dat als kortsluiting kan fungeren bij normale spanningen van de bedrijfsspanning van de verwarmer.

In plaats daarvan bevindt het composiet zich in een tussenliggende elektrische toestand, gewoonlijk anti{0}}statisch of statisch dissipatief genoemd.

Hoe anti{0}}statisch materiaal werkt
Anti{0}}statische materialen worden vaak gekenmerkt door een oppervlakteweerstand tussen:

10^5 en 10^12 ohm/vierkant

Ladingsaccumulatie in dit bereik wordt geregeld met elektrische veiligheid en isolatieprestaties.

Dankzij deze gereguleerde geleidbaarheid kan de verwarmingsmantel:

Voorkom opbouw van lokale kosten-

Minimaliseer het risico op elektrostatische ontlading

Geleidelijke dissipatie van oppervlakteladingen

Verbeter de veiligheid in met oplosmiddelen-gevulde ruimtes

Het is niet bedoeld voor stroomvoorziening, maar om de opbouw-van schadelijk elektrostatisch potentieel te voorkomen.

Belang van een gelijkmatige verdeling van het vulmiddel
Een van de belangrijkste problemen bij de materiaaltechniek is de uniforme verspreiding van het geleidende vulmiddel door de PTFE-matrix.

Een slechte spreiding resulteert in:

Gelokaliseerde isolatiegebieden

Anti{0}}statisch verschil

Zwakke elektrische paden voor dissipatie

Mechanische fouten

Onvolkomenheden aan het oppervlak

Het is noodzakelijk om het vulmiddel gelijkmatig te verdelen, zodat de volledige verwarmingsmantel gelijkmatig over het gehele oppervlak werkt.

Daarom zijn tijdens de hele productie geavanceerde compound- en extrusieprocedures een must.

Oplosmiddel-gebaseerde industriële toepassingen
Het geleidende PTFE-composiet antistatische verwarmingsmantelconcept is met name nuttig in bedrijven die vluchtige organische oplosmiddelen verwerken onder gecontroleerde verwarmingsomstandigheden.

Typische toepassingen zijn:

Productie van farmaceutische producten

vervaardiging van fijne chemicaliën

Productie van halfgeleiders

Systemen voor het terugwinnen van oplosmiddelen

Coatingwerkzaamheden

Speciale extractieprocessen

Het gevaar van elektrostatische ontbranding wordt in dergelijke situaties als een ernstig procesveiligheidsprobleem beschouwd.

De anti-statische verwarmingsmantel is een onderdeel van een totale strategie voor explosiepreventie, die het volgende kan omvatten:

Deken in stikstof

Aardings- en verbindingssystemen

Instrumentatie Intrinsieke veiligheid

Elektrische apparaten, explosie-veilig

Balans tussen geleidbaarheid en diëlektrische sterkte
De introductie van geleidbaarheid in PTFE resulteert altijd in een wijziging van een deel van de oorspronkelijke elektrische eigenschappen.

Vermindering van de diëlektrische sterkte
De diëlektrische sterkte van zuiver PTFE is extreem hoog.

Toevoeging van geleidend vulmiddel kan verminderen:

Mogelijkheid tot spanningsdoorslag

Isolatiemarge, elektrisch

Oppervlakte-isolatieweerstand (

Daarom moeten de operationele isolatieprestaties veilig worden gehouden door middel van een zorgvuldige formulering.

Effecten op het potentieel voor chemische resistentie
Geleidende additieven kunnen ook enkele kleine effecten hebben op:

Bestandheid tegen chemische permeabiliteit

Corrosiebestendigheid op lange- termijn

Mechanische buigzaamheid

Gladdere bovenkant

De effecten zijn meestal klein, maar vormen cruciale overwegingen bij het ontwerp van agressieve chemische omgevingen.

Thermische en mechanische aspecten
De geleidende vulstoffen kunnen de thermische en mechanische eigenschappen van het omhulselmateriaal beïnvloeden.

Mogelijke wijzigingen zijn onder meer:

Veranderde thermische uitzettingseigenschappen

Meer stijfheid.

Slijtvastheid veranderd

Variatie in thermische geleidbaarheid

Er wordt bijzondere belangstelling getoond voor systemen op basis van koolstofnanobuisjes, omdat deze het potentieel hebben om anti{0}}statisch gedrag te leveren bij lagere vulstofbelastingen dan typische carbon black-formuleringen.

Lagere belastingsniveaus helpen om meer van de oorspronkelijke fysieke eigenschappen van PTFE te behouden.

Materiaalontwikkelingstrends in de toekomst
Het onderzoek naar geleidende fluorpolymeersystemen neemt aanzienlijk toe.

Ontwikkelingsgebieden in wording zijn:

Nano-ontworpen geleidende netwerken

Hybride (geleidende vullingen)

Anti-statische oppervlakken met zelfherstellende-

Betere dispersiechemie

Verbeterde chemische bestendigheid. Behouden

De toekomstige materialen kunnen betere mixen bieden van:

Statische ontlading

Mechanische weerstand

Weerstand tegen corrosie

Elektrische isolatie-eigenschappen (

Het doel is om verwarmingsmantels te ontwikkelen die specifiek zijn ontworpen voor situaties met explosieve oplosmiddelen, terwijl de inherente voordelen van fluorpolymeren behouden blijven.

Conclusies
Geleidende PTFE-composieten zijn een onderscheidende, steeds belangrijker wordende doorbraak in de discipline van industriële dompelverwarmingstechnologie. Door nauwkeurig gecontroleerde hoeveelheden geleidende koolstof in de PTFE-matrix op te nemen, krijgen deze materialen het vermogen om statische elektriciteit veilig te ontladen en toch het grootste deel van de uitstekende chemische bestendigheid en procescompatibiliteit van PTFE te behouden.

De technologie van geleidende PTFE-composiet antistatische verwarmingsmantels is een opkomend gebied, waarbij het hoofddoel niet elektrische geleiding in de traditionele zin is, maar gecontroleerd beheer van elektrostatische ladingen. Dit kan vooral nuttig zijn in sectoren waar gebruik wordt gemaakt van de verwerking van oplosmiddelen, waar een enkele statische ontlading ernstige explosieve gevaren kan veroorzaken.

Het inbrengen van geleidende vulstoffen kan enige verslechtering van de diëlektrische perfectie veroorzaken, maar het voordeel van verhoogde elektrostatische veiligheid wordt vaak als een redelijke afweging- beschouwd. In gevaarlijke procesomgevingen zijn de veiligste materialen niet alleen de materialen die weigeren chemisch te reageren. Het zijn ook degenen die weigeren elektrische wrok te koesteren.