In che modo i compositi conduttivi in ​​PTFE consentono le guaine anti-statiche per i riscaldatori?

Il PTFE puro è uno dei migliori isolanti elettrici utilizzati nelle apparecchiature industriali e questa qualità lo rende generalmente estremamente prezioso nelle applicazioni di riscaldamento ad immersione. Ma all’interno dei serbatoi contenenti solventi organici volatili altamente resistenti, quella stessa proprietà isolante può rappresentare un pericolo nascosto. Quando il fluido si muove sulla superficie liscia del PTFE, può accumularsi elettricità statica, in modo simile al modo in cui un generatore Van de Graaff si carica tramite attrito e movimento. Le scariche elettrostatiche possono causare l'accensione dei vapori di solvente in condizioni inadeguate. Una nuova classe di compositi conduttivi in ​​PTFE fornisce una risposta. Introducono una quantità attentamente controllata di conduttività elettrica nella guaina del riscaldatore. Ciò consente alle cariche statiche di dissiparsi in modo sicuro prima che diventino dannose.

Un po' di carbonio conferisce al PTFE una personalità pacifica,-dissipante statica, convertendo una superficie elettricamente isolata in una che può lentamente scaricare la carica raccolta.

Quando si riscaldano i sistemi a solvente L'elettricità statica può essere pericolosa
Molti solventi industriali hanno conduttività elettrica molto bassa.

Gli esempi sono:

Esano

Toluene

Chiodi, acetone

Alcol isopropilico

Alcool etilico

Miscele a base di chetoni

Poiché questi fluidi scorrono ad alta velocità su un riscaldatore in PTFE standard, l'attrito tra il liquido e il rivestimento altamente isolante può causare la separazione della carica elettrostatica.

L'accumulo di carica può essere migliorato in diverse condizioni operative:

Elevata velocità del liquido

Circolazione della pompa

Agitazione o schizzi

Inertizzazione con gas secco

Bassa umidità relativa

Materiali del serbatoio non conduttivi

Se la carica non può essere scaricata correttamente, il potenziale di tensione potrebbe infine superare la resistenza alla rottura dielettrica dell'atmosfera circostante.

La conseguenza potrebbe essere una scintilla elettrostatica che può accendere vapori infiammabili.

L'idea dei compositi conduttivi in ​​PTFE
La soluzione emergente è cambiare la resina PTFE stessa.

Invece del PTFE puro, i produttori hanno distribuito una piccola quantità di materiale riempitivo conduttivo in tutta la matrice fluoropolimerica.

Gli additivi tipici conduttivi sono:

Neri di carbonio

Nanotubi di carbonio

Particelle di grafite

Fibre di carbonio conduttive

Concentrazione ancora sufficientemente bassa da far sì che il materiale sia ancora molto simile al PTFE in termini di resistenza alla corrosione e compatibilità di processo.

Ma le proprietà elettriche variano drasticamente.

Questa ricerca è la base per il concetto della guaina riscaldante antistatica composita conduttiva in PTFE che attualmente riceve attenzione nei settori della lavorazione chimica.

Come i riempitivi conduttivi modificano le proprietà elettriche
Il PTFE puro ha generalmente una resistività di volume straordinariamente elevata di circa:

10^18 ohm-cm.

Ecco perché è un ottimo isolante.

Quando le particelle di riempitivo conduttivo vengono disperse nella resina, si formano piccoli percorsi conduttivi tra le particelle adiacenti.

Ciò può ridurre la resistività del materiale composito all’ordine di:

Da 10^3 a 10^6 ohm cm

Questa conduttività non è elevata rispetto a quella dei metalli, ma è sufficientemente elevata da consentire una lenta dissipazione della carica statica accumulata-.

È importante sottolineare che il materiale non diventa un materiale elettricamente conduttivo in modo da agire come un cortocircuito a tensioni normali della tensione operativa del riscaldatore.

Il composito si trova invece in uno stato elettrico intermedio, comunemente indicato come anti-statico o statico dissipativo.

Come funziona il materiale anti-statico
I materiali anti-statici sono spesso caratterizzati da una resistività superficiale compresa tra:

10^5 e 10^12 ohm/quadrato

L'accumulo di carica in questo intervallo è regolato dalla sicurezza elettrica e dalle prestazioni di isolamento.

Questa conduttività regolata consente alla guaina del riscaldatore di:

Previeni l'accumulo di addebiti locali-

Ridurre al minimo il rischio di scariche elettrostatiche

Dissipazione graduale delle cariche superficiali

Migliora la sicurezza nelle aree-riempite di solventi

Non è destinato all'alimentazione, ma a prevenire l'accumulo-di potenziale elettrostatico dannoso.

Importanza di una distribuzione uniforme del riempitivo
Uno dei problemi principali nell'ingegneria dei materiali è la dispersione uniforme del riempitivo conduttivo in tutta la matrice di PTFE.

Una scarsa dispersione provoca:

Regioni isolanti localizzate

Differenza anti-statica

Percorsi elettrici deboli per la dissipazione

Difetti meccanici

Imperfezioni superficiali

È necessario distribuire uniformemente il riempitivo affinché la completa guaina riscaldante lavori in modo uniforme su tutta la superficie.

Pertanto, durante tutta la produzione, sono indispensabili procedure avanzate di compounding ed estrusione.

Applicazioni industriali-basate su solventi
Il concetto di guaina riscaldante antistatica composita in PTFE conduttivo è particolarmente utile nelle aziende che trattano solventi organici volatili in condizioni di riscaldamento controllato.

Le applicazioni tipiche sono:

Produzione di prodotti farmaceutici

produzione di prodotti chimici fini

Produzione di semiconduttori

Sistemi di recupero solventi

Operazioni di rivestimento

Processi di estrazione speciali

In tali situazioni il pericolo di accensione elettrostatica è considerato un serio problema di sicurezza del processo.

La guaina del riscaldatore anti-statico è un componente di una strategia totale di prevenzione delle esplosioni che può includere:

Ricopertura in azoto

Sistemi di messa a terra e bonding

Strumentazione Sicurezza intrinseca

Apparecchi elettrici, a prova di-esplosione

Equilibrio tra conduttività e rigidità dielettrica
L'introduzione della conduttività nel PTFE comporta sempre una modifica di parte delle sue proprietà elettriche originali.

Riduzione della rigidità dielettrica
La rigidità dielettrica del PTFE puro è estremamente elevata.

L'aggiunta di riempitivo conduttivo può ridurre:

Capacità di rottura della tensione

Margine di isolamento, elettrico

Resistenza di isolamento superficiale (

Pertanto, le prestazioni di isolamento operativo dovrebbero essere mantenute sicure attraverso un'attenta formulazione.

Effetti sul potenziale di resistenza chimica
Gli additivi conduttivi potrebbero anche avere alcuni effetti minori su:

Resistenza alla permeabilità chimica

Resistenza alla corrosione a lungo-termine

Flessibilità meccanica

Parte superiore più liscia

Gli effetti sono generalmente piccoli, ma sono considerazioni cruciali nella progettazione di ambienti chimici difficili.

Aspetti termici e meccanici
I riempitivi conduttivi possono influenzare le proprietà termiche e meccaniche del materiale della guaina.

Le possibili modifiche includono:

Caratteristiche di dilatazione termica alterate

Più rigidità.

La resistenza all'usura è cambiata

Variazione della conducibilità termica

Particolare interesse viene mostrato nei sistemi basati su nanotubi di carbonio poiché hanno il potenziale di fornire un comportamento anti-statico con carichi di riempitivo inferiori rispetto alle tipiche formulazioni di nero di carbonio.

Livelli di carico inferiori aiutano a conservare maggiormente le qualità fisiche originali del PTFE.

Tendenze future dello sviluppo dei materiali
La ricerca sui sistemi fluoropolimerici conduttivi sta aumentando in modo significativo.

Le aree di sviluppo in divenire sono:

Reti conduttive nano-ingegnerizzate

Ibrido (otturazioni conduttive)

Superfici anti-statiche con autoriparazione-

Migliore chimica della dispersione

Resistenza chimica migliorata. Conservazione

I futuri materiali potrebbero presentare migliori mix di:

Scarica statica

Resistenza meccanica

Resistenza alla corrosione

Proprietà di isolamento elettrico (

L'obiettivo è progettare guaine riscaldanti progettate specificamente per situazioni di solventi esplosivi mantenendo i vantaggi intrinseci dei fluoropolimeri.

Conclusioni
I compositi conduttivi in ​​PTFE rappresentano una svolta distintiva, sempre più importante, nella disciplina della tecnologia di riscaldamento ad immersione industriale. Includendo quantità controllate con precisione di carbonio conduttivo all'interno della matrice PTFE, questi materiali acquisiscono la capacità di scaricare in modo sicuro l'elettricità statica e mantenere comunque la maggior parte dell'eccezionale resistenza chimica e compatibilità di processo del PTFE.

La tecnologia delle guaine riscaldanti antistatiche composite conduttive in PTFE è un'area emergente, dove l'obiettivo principale non è la conduzione elettrica nel senso tradizionale ma la gestione controllata della carica elettrostatica. Ciò può essere particolarmente utile nei settori che impiegano la lavorazione con solventi, dove una singola scarica statica può causare gravi minacce esplosive.

L'inserimento di riempitivi conduttivi può causare un certo degrado della perfezione dielettrica, ma il vantaggio di una maggiore sicurezza elettrostatica è spesso considerato un compromesso ragionevole-. Negli ambienti di processo pericolosi i materiali più sicuri non sono solo quelli che rifiutano di reagire chimicamente. Sono anche quelli che si rifiutano di nutrire rancore elettrico.