Kuinka edistyneet keraamiset{0}}täytetyt PTFE-komposiitit parantavat lämmittimen vaippojen kulutuskestävyyttä?

Puhdas PTFE on loistava kemiallisesti, mutta mekaanisesti pehmeä, kuten vahva, liukas vaha. Perinteinen PTFE-lämmittimen vaippa voi asteittain kulua pois hiukkasten jatkuvalla törmäyksellä sekoitettussa säiliössä, joka sisältää hankaavia katalyyttihiukkasia tai mineraalilietettä. Uuden sukupolven PTFE-komposiitit ovat keramiikkatäytteisiä. Polymeeri on vahvistettu mikroskooppisilla kovilla keraamisilla hiukkasilla, jotka yhdessä muodostavat vaipan, joka kestää rajua hankausta, mutta jolla on silti kemiallinen inertti, joka teki PTFE:stä alunperinkin halutun.

Keramiikkatäytteisen PTFE-komposiitti-hankausta kestävän lämmittimen luominen on suuri muutos uppolämmittimen suunnittelussa kemiallisesti aggressiivisia ja mekaanisesti vihamielisiä asetuksia varten. Nykyaikaiset fluoripolymeerilämmittimet rakennetaan kestämään jatkuvaa fyysistä hankausta, ei pelkästään korroosionkestävyyttä.

Miksi puhdas PTFE epäonnistuu hiomahuollossa
PTFE on erittäin kemiallisesti kestävää ja sen pintaenergia on alhainen, mutta se on hieman pehmeää metalleihin tai keramiikkaan verrattuna.

Puhtaan polytetrafluorieteenin mekaaniset rajoitukset
Puhdas PTFE voi altistua: - hankaaville virtausolosuhteille

Pinnan hankaus.

Progressiivinen aineellinen menetys

Urat ja kulumisjäljet

Pienempi vaipan paksuus

Lämmittimen vika ennenaikaisesti

Sekoitussäiliöissä, joissa on suspendoituneita kiintoaineita, pyörteinen virtaus pommittaa jatkuvasti lämmittimen pintaa hiukkasilla.

Esimerkkejä ovat:

Katalyyttilietteet

Mineraalisuspensiot

Hiekka jätevedessä

Kiteiset suolat

keraaminen jauhe

PTFE kestää hyvin kemiallista hyökkäystä, mutta sen pehmeys tekee siitä alttiita pitkäaikaiselle-mekaaniselle hajoamiselle.

Keraamiset täyteaineet PTFE-vahvistukseen
Uusi komposiittimenetelmä muuttaa itse PTFE:n matriisia.

Upotetut keraamiset hiukkaset
Hienot jauheet keraamisista materiaaleista, kuten:

Alumiinioksidi (Al2O3)

Piidioksidi (SiO2)

sekoitetaan PTFE-hartsin kanssa ennen vaipan muodostamista.

Nämä hiukkaset sisällytetään pysyvästi polymeerirunkoon.

PTFE on puettu pieneen panssaripukuun.

Kuinka komposiitit kestävät kulumista
Hankaavien hiukkasten törmäyksen aikana komposiitin pintaan:

Vahvat keraamiset rakeet imevät suuren osan iskun energiasta

Paikallinen leikkaus ja talttaus on minimoitu

PTFE:n poistamisesta tulee entistä haastavampaa

Pinnan kuluminen vähenee merkittävästi

Pehmeämpää fluoripolymeeriä ei saa vetää jatkuvasti pois. Polymeeriin lisätyt keraamiset hiukkaset suojaavat ympäröivää polymeeriä.

Kulutuskestävyyden lisääntyminen voi olla dramaattista.

Kulutuskestävyys parantunut huomattavasti
Keraaminen lujittaminen oli tehokasta laboratoriohankaustesteissä.

Taber-hankauksenkestävyys
Tyypilliset kulumistestit, kuten Taber-hankaustestit, paljastavat yleensä, että:

Massahäviö väheni huomattavasti

Vähentynyt kuluminen alapinnoilla

Parempi mittojen vakaus

Joissakin formulaatioissa kulutuskestävyyttä parantaa:

Vähintään 10-kertainen verrattuna täyttämättömään PTFE:hen

Tämä tekee PTFE:stä materiaalin, joka kestää erittäin hankaavia teollisia asetuksia, sen sijaan että se olisi vain kemiallisesti kestävä mutta mekaanisesti hauras.

Säilytä PTFE:n kemialliset edut
Yksi keraamisten{0}}täyteisten komposiittien suurista eduista on se, että PTFE:n kemialliset perusominaisuudet säilyvät olennaisesti.

Edelleen korkea kemiallinen inertisyys
Komposiitissa on vielä:

Hyvä kemikaalinkestävyys

Tarttumisenesto--ominaisuudet

Suojaus korroosiota vastaan

Alhainen vedenotto

Tämä mahdollistaa materiaalin toiminnan olosuhteissa, joissa metalliset lämmittimen vaipat ruostuisivat tai likaantuvat nopeasti.

Tarttumattomien ominaisuuksien säilyttäminen
Pinta säilyttää myös suuren osan PTFE:lle ominaisesta alhaisesta tarttuvuuskäyttäytymisestä, mutta täyteaine aiheuttaa vaatimattoman kitkakertoimen nousun.

Tämä auttaa vähentämään:

Kerääntynyt lietteestä

Likaantuminen kiteyttämällä

Hiukkasten tarttuminen

Siivouksen vaikeus

Miksi täyteainesisältöä rajoitetaan niin huolellisesti
0,5 % - 1 %. Keraamisen täyteaineen pitoisuus on säädettävä huolellisesti.

Joustavuus ja sitkeys
Tavallinen täyteainekuormitus on edelleen melko alhainen, jotta:

Prosessoitavuus

Mekaaninen joustavuus

Lämpölaajenemisvälys

Muotoilun ominaisuudet

Suuri täyteainekuormitus voi tehdä vaipasta:

Hauras

Vaikea tehdä

Herkkä rikkoutumaan lämpöpyörästöllä

Komposiitti on siis huolella suunniteltu kompromissi pikemminkin kuin pelkkä kovuuden lisäys.

Keraamitäytteisen PTFE:n kompromisseja
Kulutuskestävyys on parantunut huomattavasti, mutta osa materiaalin ominaisuuksista muuttuu.

Dielektrinen lujuus pienentynyt
Keraamisten hiukkasten sisällyttäminen voi heikentää sähköeristyksen suorituskykyä marginaalisesti.

Mahdollisia vaikutuksia ovat mm.

Pienempi dielektrinen lujuus

Muita mikroskooppisia vikareittejä

Sähkökatkosominaisuuksia muutettu

Materiaali on kuitenkin yleisesti ottaen erittäin hyvä uppolämmittimen eristyssovelluksiin.

Lisääntynyt kitka pinnalla
Verrattuna puhtaaseen PTFE:hen:

Kitkakerroin kasvaa jonkin verran.

Pinnan liukkaus pienenee hieman

Useimmissa liete{0}}lämmityssovelluksissa tätä pidetään yleensä hyvänä vaihtona-, koska kulutuskestävyys on parantunut.

Nousevat teolliset sovellukset
Kovempi keraaminen{0}}täytetty PTFE luo uusia teollisia markkinoita fluoripolymeerilämmittimille.

Kaivostoiminta ja mineraalien käsittely
Kaivostoiminnassa käytetään tyypillisesti uppolämmittimiä:

hiekka-kuljettaa lietettä

Murskattujen malmien suspensiot

Hankaavat prosessivirrat

Tässä ympäristössä keraamisten täytettyjen vaipan käyttöikä pitenee dramaattisesti.

Jäteveden käsittely
Jätevesijärjestelmät sisältävät yleensä:

Suspendoitunut pöly

Piidioksiini

Biologiset kiinteät aineet

mutahionta

Näissä olosuhteissa tavanomaiset fluoripolymeerilämmittimet ovat alttiita kulumaan nopeasti, ja komposiittiratkaisut ovat yhä halutumpia.

Kemialliset reaktorit, joissa käytetään{0}}kiinteän olomuodon katalyyttejä
Kemiallisissa reaktoreissa, joissa on suspendoituneita katalyyttihiukkasia, uppokuumentimet kokevat suuren mekaanisen rasituksen.

Komposiittivaippa mahdollistaa PTFE-lämmittimien selviytymisen:

Jatkuva levottomuus

Hiukkasten kierrätys

Suurinopeuksinen lietevirtaus

mutta silti kestää syövyttävää prosessikemiaa.

Lämpö- ja mekaaniset ongelmat
Myös keraamisten täyteaineiden vaikutusta lämpökäyttäytymiseen tutkitaan.

Parempi mittavakaus
Täyteaineet voivat auttaa minimoimaan:

Lämpöviruminen.

Pinnan muodonmuutos

Mekaanista kulumista kuormattaessa

Tämä edistää vakautta sekoitetuissa järjestelmissä pitkällä aikavälillä-.

Tarve konservatiiviselle suunnittelulle on edelleen olemassa
Kovemmasta pinnasta huolimatta hyvä insinöörikäytäntö edellyttää:

Wattitiheys ohjattu

Oikea virtauksen jakautuminen

Tärinänhallinta

Oikeat tukirakenteet

Komposiitti parantaa kestävyyttä, mutta ei poista vaatimusta sopivasta lämmittimen sijoittelusta ja mekaanisesta suunnittelusta.

Siirtyminen pois kalliista metalliseoksista
Historiallisesti hankaavan lietteen kuumentaminen tarvitsi kalliita eksoottisia metalleja.

Metallic Solutions -rajoitukset
Jopa korkean suorituskyvyn{0}}metallit voivat olla haavoittuvia:

Ruoste

Pistäminen (ihon)

Eroosio ja sedimentaatio

Skaalaus

Kemiallinen yhteensopimattomuus.

Toinen tapa on käyttää keramiikkaa täytettyjä PTFE-komposiitteja. Ne valmistetaan sekoittamalla:

Korroosionkestävyys

Tarttumaton{0}}käyttäytyminen

Kulutuskestävyys

yhdessä materiaalijärjestelmässä.

Yhteenveto
Kehittyneet keraamitäytteiset PTFE-komposiitit muuttavat fluoripolymeerilämmittimen vaippasovellusten maisemaa ankarissa teollisuusympäristöissä. Tämä on saavutettu upottamalla pieniä alumiinioksidi- tai piidioksidihiukkasia PTFE-matriisiin, mikä parantaa huomattavasti kulutuksenkestävyyttä tinkimättä kemiallisesta inertistä ja vähäisestä-likaantumiskäyttäytymisestä, mikä tekee PTFE-tekniikasta ainutlaatuisen.

Komposiittimateriaaleja suositaan yhä enemmän uppolämmittimissä, jotka toimivat sekoitettuissa lietteissä, kaivosjärjestelmissä, jätevedenkäsittelylaitoksissa ja kemiallisissa reaktoreissa, jotka sisältävät suspendoituneita kiintoaineita. Dielektrisen lujuuden ja kitkaominaisuuksien suhteen on pieniä kompromisseja, mutta mekaanisen kestävyyden edut ovat huomattavia.

Keraami{0}}täytetyt PTFE-komposiitit tuhoavat vähitellen "pehmeän polymeerin" stereotypian ja mahdollistavat korroosion-suojattujen lämmittimien tunkeutumisen sovelluksiin, jotka ovat tähän asti luottaneet kalliisiin ja edelleen hauraisiin metalliseoksiin. Kemiallisesti kestävän lämmityksen tulevaisuus riippuu yhä enemmän materiaaleista, joissa inertti kemia yhdistyy todelliseen fyysiseen kestävyyteen.