¿Cómo permiten los compuestos conductores de PTFE utilizar fundas calefactoras antiestáticas?

El PTFE puro es uno de los mejores aislantes eléctricos utilizados en equipos industriales y esta cualidad generalmente lo hace extremadamente valioso en aplicaciones de calentamiento por inmersión. Pero dentro de los tanques que contienen solventes orgánicos volátiles altamente resistivos, esa misma propiedad aislante puede ser un peligro oculto. A medida que el fluido se mueve sobre la superficie lisa del PTFE, se puede acumular electricidad estática, de forma similar a como se carga un generador Van de Graaff mediante fricción y movimiento. La descarga electrostática puede provocar la ignición de los vapores del disolvente en condiciones inadecuadas. Una nueva clase de compuestos conductores de PTFE proporciona la respuesta. Introducen una cantidad cuidadosamente controlada de conductividad eléctrica en la funda del calentador. Esto permite que las cargas estáticas se disipen de forma segura antes de que se vuelvan dañinas.

Un poco de carbono proporciona al PTFE una personalidad pacífica y disipadora de estática-, lo que convierte una superficie aislada eléctricamente en una que puede eliminar lentamente la carga acumulada.

Cuando se calientan sistemas con disolventes, la electricidad estática puede ser peligrosa
Muchos disolventes industriales tienen conductividades eléctricas muy bajas.

Ejemplos son:

hexano

tolueno

Clavos, acetona

alcohol isopropílico

Alcohol etílico

Mezclas a base de cetonas.

Como estos fluidos fluyen a altas velocidades sobre un calentador de PTFE estándar, la fricción entre el líquido y el revestimiento altamente aislante puede provocar la separación de la carga electrostática.

La acumulación de carga puede mejorarse bajo varias condiciones operativas:

Alta velocidad del líquido

Circulación de la bomba

Agitación o salpicaduras

Cubriendo con gas seco

Baja humedad relativa

Materiales del tanque no conductores

Si la carga no se puede descargar adecuadamente, el potencial de voltaje puede finalmente exceder la rigidez dieléctrica de la atmósfera circundante.

La consecuencia puede ser una chispa electrostática que puede encender vapores inflamables.

La idea de los compuestos conductores de PTFE
La solución emergente es cambiar la propia resina de PTFE.

En lugar de PTFE puro, los fabricantes esparcieron una pequeña cantidad de material de relleno conductor por toda la matriz de fluoropolímero.

Los aditivos típicos que son conductores son:

negros de humo

Nanotubos de carbono

Partículas de grafito

Fibras de carbono conductoras

Una concentración todavía lo suficientemente baja como para que el material se parezca mucho al PTFE en términos de resistencia a la corrosión y compatibilidad con el proceso.

Pero las propiedades eléctricas varían drásticamente.

Esta investigación es la base para el concepto de funda calefactora antiestática compuesta de PTFE conductora a la que actualmente se está prestando atención en los sectores de procesamiento químico.

Cómo los rellenos conductores modifican las propiedades eléctricas
El PTFE puro generalmente tiene una resistividad de volumen extraordinariamente alta de aproximadamente:

10^18 ohmios-cm.

Por eso es un muy buen aislante.

Cuando las partículas de relleno conductoras se dispersan en la resina, se forman pequeños caminos conductores entre partículas adyacentes.

Esto puede reducir la resistividad del material compuesto al orden de:

10^3 a 10^6 ohmios cm

Esta conductividad no es alta en comparación con la de los metales, pero es lo suficientemente alta como para permitir una disipación lenta de la carga estática-acumulada.

Es importante destacar que el material no se convierte en un material conductor de electricidad de modo que actúe como un cortocircuito a voltajes normales del voltaje de funcionamiento del calentador.

En cambio, el compuesto se encuentra en un estado eléctrico intermedio, comúnmente conocido como anti-estático o disipador estático.

Cómo funciona el material anti-estático
Los materiales anti-estáticos suelen caracterizarse por una resistividad superficial de entre:

10^5 y 10^12 ohmios/cuadrado

La acumulación de carga en este rango se regula con seguridad eléctrica y rendimiento de aislamiento.

Esta conductividad regulada permite que la funda del calentador:

Evitar la acumulación de cargos locales-

Minimizar el riesgo de descarga electrostática

Disipación gradual de cargas superficiales

Mejorar la seguridad en áreas-llenas de solvente

No está diseñado para generar energía, sino para evitar la acumulación-de potencial electrostático dañino.

Importancia de la distribución uniforme del relleno
Uno de los principales problemas en la ingeniería de materiales es la dispersión uniforme del relleno conductor en toda la matriz de PTFE.

Una mala dispersión da como resultado:

Regiones aislantes localizadas

Diferencia anti-estática

Vías eléctricas débiles para la disipación.

Fallas mecanicas

Imperfecciones superficiales

Es necesario distribuir el relleno uniformemente para que toda la funda calefactora funcione uniformemente en toda la superficie.

Por lo tanto, durante toda la fabricación, son imprescindibles procedimientos avanzados de extrusión y composición.

Aplicaciones industriales basadas en disolventes-
El concepto de funda calefactora antiestática compuesta de PTFE conductor es particularmente útil en empresas que procesan disolventes orgánicos volátiles en condiciones de calentamiento controladas.

Las aplicaciones típicas son:

producción de productos farmacéuticos

fabricación de productos químicos finos

Fabricación de semiconductores

Sistemas de recuperación de disolventes

Operaciones de recubrimiento

Procesos de extracción especiales

El peligro de ignición electrostática se considera un problema grave de seguridad del proceso en tales situaciones.

La funda calefactora anti-estática es un componente de una estrategia total de prevención de explosiones que puede incluir:

Cubierto con nitrógeno

Sistemas de puesta a tierra y unión

Instrumentación Seguridad intrínseca

Aparatos eléctricos, a prueba-de explosión

Equilibrio entre conductividad y rigidez dieléctrica.
La introducción de conductividad al PTFE siempre resulta en una modificación de parte de sus propiedades eléctricas originales.

Reducción de la rigidez dieléctrica.
La rigidez dieléctrica del PTFE puro es extremadamente alta.

La adición de relleno conductor puede disminuir:

Capacidad de ruptura de voltaje

Margen de aislamiento eléctrico

Resistencia de aislamiento de la superficie (

Por lo tanto, el rendimiento del aislamiento operativo debe mantenerse seguro mediante una formulación cuidadosa.

Efectos sobre el potencial de resistencia química
Los aditivos conductores también pueden tener algunos efectos menores sobre:

Resistencia a la permeabilidad química

Resistencia a la corrosión-a largo plazo

Flexibilidad mecánica

Parte superior más suave

Los efectos suelen ser pequeños, pero son consideraciones cruciales en el diseño de entornos químicos hostiles.

Aspectos Térmicos y Mecánicos
Los rellenos conductores pueden afectar las propiedades térmicas y mecánicas del material de la funda.

Los posibles cambios incluyen:

Características de expansión térmica alteradas.

Más rigidez.

La resistencia al desgaste cambió

Variación de la conductividad térmica.

Se está mostrando un interés particular en los sistemas basados ​​en nanotubos de carbono, ya que tienen el potencial de ofrecer un comportamiento anti-estático con cargas de relleno más bajas que las formulaciones típicas de negro de humo.

Los niveles de carga más bajos ayudan a conservar más cualidades físicas originales del PTFE.

Tendencias de desarrollo de materiales en el futuro.
La investigación sobre sistemas de fluoropolímeros conductores está aumentando significativamente.

Las áreas de desarrollo en ciernes son:

Redes conductoras de nano-ingeniería

Híbrido (rellenos conductores)

Superficies anti-estáticas con auto-reparación

Mejor química de dispersión

Resistencia química mejorada Conservar

Los materiales futuros pueden presentar mejores mezclas de:

Descarga estática

Resistencia mecánica

Resistencia a la corrosión

Propiedades de aislamiento eléctrico (

El objetivo es diseñar fundas calefactoras diseñadas específicamente para situaciones de disolventes explosivos manteniendo al mismo tiempo los beneficios inherentes de los fluoropolímeros.

Conclusiones
Los compuestos conductores de PTFE son un avance distintivo, cada vez más importante, en la disciplina de la tecnología de calentamiento por inmersión industrial. Al incluir cantidades controladas con precisión de carbono conductor dentro de la matriz de PTFE, estos materiales obtienen la capacidad de descargar electricidad estática de manera segura y aún mantener la mayor parte de la excelente resistencia química y compatibilidad de procesos del PTFE.

La tecnología de la funda calefactora antiestática compuesta de PTFE conductivo es un área emergente, donde el objetivo principal no es la conducción eléctrica en el sentido tradicional sino la gestión controlada de la carga electrostática. Esto puede resultar especialmente útil en sectores que emplean procesamiento con solventes, donde una sola descarga estática puede causar graves amenazas explosivas.

La inserción de rellenos conductores puede causar cierta degradación de la perfección dieléctrica, pero el beneficio de una mayor seguridad electrostática con frecuencia se considera una compensación-razonable. En entornos de procesos peligrosos, los materiales más seguros no son sólo aquellos que se niegan a reaccionar químicamente. También son aquellos que se niegan a guardar rencor eléctrico.