Как усъвършенстваните композити с керамичен-пълнеж PTFE подобряват устойчивостта на абразия в обвивките на нагревателите?

Чистият PTFE е чудесен химически, но механично мек, като здрав, хлъзгав восък. Обвивката на конвенционалния PTFE нагревател може прогресивно да се износи от постоянното въздействие на частици в резервоар с бъркалка, съдържащ частици абразивни катализатори или минерална суспензия. Ново поколение PTFE композити са с керамичен пълнеж. Полимерът е подсилен с микроскопични твърди керамични частици, които заедно образуват обвивка, която е устойчива на силна абразия, но все още притежава химическата инертност, която направи PTFE желан на първо място.

Създаването на PTFE композитен нагревател, устойчив на абразия с керамичен пълнеж, е голямо отклонение в дизайна на потапящия нагревател за химически агресивни и механично враждебни настройки. Съвременните флуорополимерни нагреватели се конструират така, че да издържат на постоянна физическа абразия, а не само устойчивост на корозия.

Защо чистият PTFE се проваля при абразивно обслужване
PTFE е силно химически устойчив и има ниска повърхностна енергия, но е малко мек в сравнение с металите или керамиката.

Механични ограничения на чистия политетрафлуоретилен
Чистият PTFE може да бъде изложен на: - условия на абразивно течение

Измиване на повърхността.

Прогресивна материална загуба

Жлебове и следи от износване

Намалена дебелина на обвивката

Преждевременна повреда на нагревателя

В резервоарите с разбъркване със суспендирани твърди частици турбулентният поток непрекъснато бомбардира повърхността на нагревателя с частици.

Примери за това са:

Катализаторни суспензии

Суспензии от минерали

Песъчинки в отпадъчни води

Кристални соли

керамичен прах

PTFE е много устойчив на химическа атака, но неговата мекота го прави податлив на дългосрочно-механично разграждане.

Керамични пълнители за PTFE армировка
Новият композитен метод променя матрицата на самия PTFE.

Вградени керамични частици
Фини прахове от керамични материали като:

Алуминий (Al2O3)

Силициев диоксид (SiO2)

се смесват с PTFE смола преди формирането на обвивката.

Тези частици са постоянно включени в полимерната рамка.

PTFE е облечен в миниатюрна броня.

Как композитите издържат на износване
При въздействието на абразивни частици върху повърхността на композита:

Здравите керамични гранули абсорбират голяма част от енергията на удара

Локализираното рязане и издълбаване е сведено до минимум

Премахването на PTFE става по-предизвикателно

Износването на повърхността е значително намалено

По-мекият флуорополимер не е разрешено постоянно да се издърпва. Керамичните частици, вложени в полимера, защитават околния полимер.

Увеличаването на устойчивостта на износване може да бъде драматично.

Измеримо подобрена устойчивост на абразия
Керамичното усилване е ефективно при лабораторни тестове за абразия.

Устойчивост на Табер абразия
Типичните тестове за износване, като например теста за износване на Taber, обикновено показват, че:

Загубата на маса е значително намалена

Намалено износване на долните повърхности

По-добра стабилност на размерите

В някои състави устойчивостта на абразия се подобрява чрез:

Най-малко фактор 10 в сравнение с PTFE без пълнеж

Това прави PTFE материал, който може да издържи на силно абразивни промишлени условия, вместо да бъде просто химически устойчив, но механично крехък.

Запазете химическите предимства на PTFE
Едно от големите предимства на композитите с-керамичен пълнеж е, че основните химични свойства на PTFE се запазват в значителна степен.

Все още висока химическа инертност
Композитът все още има:

Добра химическа устойчивост

Анти{0}}свойства

Устойчивост на корозия

Ниско поглъщане на вода

Това позволява на материала да функционира в условия, при които металните нагревателни обвивки бързо биха корозирали или се замърсили.

Запазване на-незалепващите свойства
Повърхността също така запазва голяма част от отличителното ниско сцепление на PTFE, но пълнителят причинява умерено повишаване на коефициента на триене.

Това помага за намаляване на:

Натрупване на утайка

Обрастване чрез кристализация

Залепване на частици

Трудност при почистване

Защо съдържанието на пълнителя е толкова внимателно ограничено
0,5% до 1%. Съдържанието на керамичния пълнител трябва да се регулира внимателно.

Гъвкавост и издръжливост
Обичайното натоварване на пълнителя все още е доста ниско, за да позволи:

Обработваемост

Механична гъвкавост

Хлабина при термично разширение

Характеристики на формирането

Високото натоварване на пълнителя може да направи обвивката:

Чуплив

Трудно се прави

Податлив на счупване при термичен цикъл

Следователно композитът е внимателно проектиран компромис, а не просто увеличение на твърдостта.

Компромиси на PTFE с керамичен пълнеж
Устойчивостта на износване е значително подобрена, но някои от свойствата на материала се променят.

Намалена диелектрична якост
Включването на керамични частици може незначително да влоши електрическите изолационни характеристики.

Възможните въздействия включват:

По-ниска диелектрична якост

Допълнителни маршрути за микроскопични грешки

Характеристиките на електрическия пробив са променени

Въпреки това, материалът като цяло все още е много добър за приложения за изолация на потопяеми нагреватели.

Повишено триене на повърхността
В сравнение с чист PTFE:

Коефициентът на триене се увеличава донякъде.

Хлъзгавостта на повърхността леко намалява

като се има предвид повечето приложения за{0}}нагряване на суспензия, това обикновено се счита за добър компромис-като се има предвид подобряването на устойчивостта на абразия.

Нарастващи индустриални приложения
По-здравият PTFE с -керамичен пълнеж създава нови индустриални пазари за флуорополимерни нагреватели.

Добив и преработка на минерали
Минните операции обикновено се сблъскват с потопяеми нагреватели:

пясък-носещ тор

Суспензии от натрошени руди

Абразивни процесни потоци

В тази среда експлоатационният живот на обвивките с керамичен пълнеж се удължава драстично.

Пречистване на отпадъчни води
Системите за отпадни води обикновено включват:

Висящ прах

Силициев прах

Биологични твърди вещества

смилане на кал

При тези условия конвенционалните флуорополимерни нагреватели са склонни да се износват бързо и композитните решения стават все по-желани.

Химически реактори, използващи-твърди катализатори
В химическите реактори със суспендирани частици на катализатора потопяемите нагреватели изпитват високо механично напрежение.

Композитната обвивка позволява на PTFE нагревателите да оцелеят:

Постоянно безпокойство

Рециркулация на частици

Високоскоростен поток от суспензия

но все още устойчиви на корозивната химия на процеса.

Термични и механични проблеми
Изследва се и влиянието на керамичните пълнители върху топлинното поведение.

По-добра стабилност на размерите
Пълнителите могат да помогнат за минимизиране на:

Термично пълзене.

Повърхностна деформация

Механично износване при натоварване

Това насърчава стабилността на системите с разбъркване в дългосрочен -срочен план.

Нуждата от консервативен дизайн все още е налице
Независимо от по-твърдата повърхност, добрата инженерна практика все още изисква:

Контролирана плътност на ватовете

Правилно разпределение на потока

Контрол на вибрациите

Подходящи опорни конструкции

Композитът подобрява издръжливостта, но не премахва изискването за подходящо разположение на нагревателя и механичен дизайн.

Премахване на скъпите метални сплави
В исторически план загряването на абразивна суспензия изисква скъпи екзотични метали.

Ограничения на металните решения
Дори металите с висока{0}}производителност може да са уязвими на:

Ръжда

хлътване (на кожата)

Ерозия и седиментация

Увеличаване на мащаба

Химическа несъвместимост.

Друг начин е да се използват PTFE композити, пълни с керамика. Приготвят се чрез смесване на:

Устойчивост на корозия

Незалепващо поведение-

Устойчивост на абразия

в една материална система.

Резюме
Усъвършенстваните PTFE композити с керамичен пълнеж променят пейзажа на приложенията на флуорополимерните нагревателни обвивки в тежки индустриални среди. Това е постигнато чрез вграждане на малки частици от двуалуминиев оксид или силициев диоксид в PTFE матрицата, което значително подобрява устойчивостта на абразия, без да се жертва химическата инертност и слабото -замърсяване, което прави PTFE технологията уникална.

Композитните материали са все по-предпочитани за потопяеми нагреватели, работещи в разбърквани суспензии, минни системи, съоръжения за пречистване на отпадъчни води и химически реактори, съдържащи суспендирани твърди вещества. Има малки компромиси-в диелектричната якост и свойствата на триене, но предимствата в механичната издръжливост са значителни.

Пълнените с керамика-PTFE композити постепенно разрушават стереотипа за „мекия полимер“ и дават възможност на устойчивите на корозия{1}}нагреватели да проникнат в приложения, които досега са разчитали на скъпи и все още крехки метални сплави. Бъдещето на химически устойчивото отопление зависи все повече от материали, които комбинират инертна химия с истинска физическа здравина.