Πώς τα προηγμένα κεραμικά-σύνθετα υλικά PTFE με πλήρωση βελτιώνουν την αντίσταση στην τριβή στις θήκες θερμαντήρα;

Το καθαρό PTFE είναι εξαιρετικά μαλακό χημικά αλλά μηχανικά, σαν ένα δυνατό, γλιστερό κερί. Η συμβατική θήκη θερμαντήρα PTFE μπορεί σταδιακά να φθαρεί από τη συνεχή πρόσκρουση σωματιδίων σε μια αναδευόμενη δεξαμενή που περιέχει σωματίδια λειαντικού καταλύτη ή ορυκτό πολτό. Μια νέα γενιά σύνθετων PTFE είναι γεμισμένα με κεραμικά. Το πολυμερές είναι ενισχυμένο με μικροσκοπικά σκληρά κεραμικά σωματίδια, τα οποία μαζί σχηματίζουν ένα περίβλημα που είναι ανθεκτικό στη βίαιη τριβή, αλλά εξακολουθεί να έχει τη χημική αδράνεια που έκανε το PTFE καταρχήν επιθυμητό.

Η δημιουργία του κεραμικού γεμισμένου σύνθετου θερμαντήρα ανθεκτικού στην τριβή από PTFE είναι μια μεγάλη απόκλιση στο σχεδιασμό του θερμαντήρα εμβάπτισης για χημικά επιθετικές και μηχανικά εχθρικές ρυθμίσεις. Οι σύγχρονοι θερμαντήρες φθοριοπολυμερούς κατασκευάζονται για να αντέχουν τη συνεχή φυσική τριβή, όχι απλώς την αντίσταση στη διάβρωση.

Γιατί το Pure PTFE αποτυγχάνει στο λειαντικό σέρβις
Το PTFE είναι πολύ ανθεκτικό στα χημικά και έχει χαμηλή επιφανειακή ενέργεια, αλλά είναι κάπως μαλακό σε σύγκριση με τα μέταλλα ή τα κεραμικά.

Μηχανικοί Περιορισμοί Καθαρού Πολυτετραφθοροαιθυλενίου
Το καθαρό PTFE μπορεί να εκτεθεί σε: - συνθήκες λειαντικής ροής

Τρίψιμο επιφάνειας.

Προοδευτική απώλεια υλικού

Αυλάκια και κομμάτια φθοράς

Μειωμένο πάχος θήκης

Πρόωρη βλάβη του θερμαντήρα

Σε αναδευόμενες δεξαμενές με αιωρούμενα στερεά, η τυρβώδης ροή βομβαρδίζει συνεχώς την επιφάνεια του θερμαντήρα με σωματίδια.

Παραδείγματα είναι:

Εναιώρημα καταλύτη

Εναιωρήματα ορυκτών

Κόκκος στα λύματα

Κρυσταλλικά άλατα

κεραμική σκόνη

Το PTFE είναι πολύ ανθεκτικό στη χημική επίθεση, αλλά η απαλότητά του το καθιστά ευαίσθητο σε μακροπρόθεσμη μηχανική αποικοδόμηση.

Κεραμικά Γεμιστικά για Ενίσχυση PTFE
Η νέα σύνθετη μέθοδος αλλάζει τη μήτρα του ίδιου του PTFE.

Ενσωματωμένα Κεραμικά Σωματίδια
Λεπτές σκόνες από κεραμικά υλικά όπως:

Αλουμίνα (Al2O3)

Πυρίτιο (SiO2)

αναμιγνύονται με τη ρητίνη PTFE πριν σχηματιστεί η θήκη.

Αυτά τα σωματίδια είναι μόνιμα ενσωματωμένα στο πολυμερές πλαίσιο.

Το PTFE είναι ντυμένο με μια μικροσκοπική πανοπλία.

Πώς τα σύνθετα αντιστέκονται στη φθορά
Κατά την πρόσκρουση λειαντικών σωματιδίων στην επιφάνεια του σύνθετου υλικού:

Οι ισχυροί κεραμικοί κόκκοι απορροφούν μεγάλο μέρος της ενέργειας της κρούσης

Η τοπική κοπή και τρύπημα ελαχιστοποιείται

Η αφαίρεση PTFE γίνεται πιο δύσκολη

Η φθορά της επιφάνειας μειώνεται σημαντικά

Το μαλακότερο φθοριοπολυμερές δεν επιτρέπεται να τραβιέται συνεχώς μακριά. Τα κεραμικά σωματίδια που εισάγονται στο πολυμερές προστατεύουν το περιβάλλον πολυμερές.

Η αύξηση της αντοχής στη φθορά μπορεί να είναι δραματική.

Αντίσταση στην τριβή μετρήσιμα βελτιωμένη
Ο κεραμικός οπλισμός ήταν αποτελεσματικός στις εργαστηριακές δοκιμές τριβής.

Αντοχή στην τριβή Taber
Τυπικές δοκιμές φθοράς όπως η δοκιμή τριβής Taber γενικά αποκαλύπτουν ότι:

Η απώλεια μάζας μειώθηκε σημαντικά

Μειωμένη φθορά στις κάτω επιφάνειες

Καλύτερη σταθερότητα διαστάσεων

Σε ορισμένα σκευάσματα η αντοχή στην τριβή ενισχύεται από:

Τουλάχιστον ένας συντελεστής 10 σε σύγκριση με το μη γεμάτο PTFE

Αυτό κάνει το PTFE ένα υλικό που μπορεί να αντέξει σε εξαιρετικά λειαντικές βιομηχανικές ρυθμίσεις, σε αντίθεση με το να είναι απλώς χημικά ανθεκτικό αλλά και μηχανικά εύθραυστο.

Διατηρήστε τα χημικά πλεονεκτήματα του PTFE
Ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα των σύνθετων υλικών με κεραμική-πλήρωση είναι ότι οι βασικές χημικές ιδιότητες του PTFE διατηρούνται ουσιαστικά.

Ακόμα υψηλή χημική αδράνεια
Το σύνθετο έχει ακόμα:

Καλή χημική αντοχή

Ιδιότητες κατά του κολλήματος

Ανοσία στη διάβρωση

Χαμηλή πρόσληψη νερού

Αυτό επιτρέπει στο υλικό να λειτουργεί σε συνθήκες όπου οι μεταλλικές θήκες του θερμαντήρα θα διαβρωθούν γρήγορα ή θα βρωμούσαν.

Διατήρηση μη κολλημένων ιδιοτήτων
Η επιφάνεια διατηρεί επίσης μεγάλο μέρος της χαρακτηριστικής συμπεριφοράς χαμηλής πρόσφυσης του PTFE, αλλά το πληρωτικό προκαλεί μια μέτρια αύξηση του συντελεστή τριβής.

Αυτό βοηθά στη μείωση:

Συσσώρευση λάσπης

Ρύπανση με κρυστάλλωση

Κολλώντας σωματίδια

Δυσκολία καθαρισμού

Γιατί το περιεχόμενο Filler είναι τόσο προσεκτικά περιορισμένο
0,5% έως 1%. Η περιεκτικότητα σε κεραμικό πληρωτικό πρέπει να ρυθμίζεται προσεκτικά.

Ευελιξία και ανθεκτικότητα
Η συνήθης φόρτωση του πληρωτικού είναι ακόμα αρκετά χαμηλή για να επιτρέπει:

Επεξεργασιμότητα

Μηχανική ευελιξία

Διάκενο θερμικής διαστολής

Χαρακτηριστικά σχηματισμού

Το υψηλό φορτίο πλήρωσης θα μπορούσε να κάνει το περίβλημα:

Εύθραυστος

Δύσκολο να γίνει

Επιρρεπή στο σπάσιμο με θερμική ανακύκλωση

Το σύνθετο είναι επομένως ένας προσεκτικά σχεδιασμένος συμβιβασμός και όχι απλώς μια αύξηση σκληρότητας.

Ανταλλαγή κεραμικών PTFE
Η αντίσταση στη φθορά έχει βελτιωθεί σημαντικά, ωστόσο ορισμένες από τις ιδιότητες του υλικού αλλάζουν.

Μειωμένη διηλεκτρική αντοχή
Η συμπερίληψη κεραμικών σωματιδίων μπορεί να υποβαθμίσει οριακά την ηλεκτρική μονωτική απόδοση.

Οι πιθανές επιπτώσεις περιλαμβάνουν:

Χαμηλότερη διηλεκτρική αντοχή

Πρόσθετες μικροσκοπικές διαδρομές σφαλμάτων

Τροποποιήθηκαν τα χαρακτηριστικά ηλεκτρικής βλάβης

Ωστόσο, το υλικό εξακολουθεί να είναι γενικά πολύ καλό για εφαρμογές μόνωσης θερμαντήρα εμβάπτισης.

Αυξημένη τριβή στην επιφάνεια
Σε σύγκριση με το καθαρό PTFE:

Ο συντελεστής τριβής αυξάνεται κάπως.

Η ολισθηρότητα της επιφάνειας μειώνεται ελαφρώς

Δεδομένων των περισσότερων εφαρμογών θέρμανσης πολτού-αυτό θεωρείται γενικά ως καλό ανταλλάξιμο{{1}με δεδομένη τη βελτίωση της αντοχής στην τριβή.

Ανοδικές Βιομηχανικές Εφαρμογές
Το σκληρότερο κεραμικό-PTFE με πλήρωση δημιουργεί νέες βιομηχανικές αγορές για θερμαντήρες φθοριοπολυμερούς.

Εξόρυξη και επεξεργασία ορυκτών
Οι εργασίες εξόρυξης συνήθως αντιμετωπίζονται με θερμαντήρες εμβάπτισης:

άμμος-μεταφερόμενος πολτός

Εναιωρήματα θρυμματισμένων μεταλλευμάτων

Ρεύματα λειαντικών διεργασιών

Σε αυτό το περιβάλλον η διάρκεια ζωής των θηκών με κεραμική πλήρωση επεκτείνεται δραματικά.

Επεξεργασία Λυμάτων
Τα συστήματα αποχέτευσης συνήθως περιλαμβάνουν:

Κρεμαστή σκόνη

Silica Dust

Βιολογικά στερεά

άλεσμα λάσπης

Σε αυτές τις συνθήκες, οι συμβατικοί θερμαντήρες φθοριοπολυμερούς είναι επιρρεπείς σε ταχεία φθορά και οι σύνθετες λύσεις γίνονται όλο και πιο επιθυμητές.

Χημικοί αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν καταλύτες στερεάς-κατάστασης
Σε χημικούς αντιδραστήρες με αιωρούμενα σωματίδια καταλύτη, οι θερμαντήρες εμβάπτισης αντιμετωπίζουν υψηλή μηχανική καταπόνηση.

Το σύνθετο περίβλημα επιτρέπει στους θερμαντήρες PTFE να επιβιώνουν:

Συνεχής αναταραχή

Ανακυκλοφορία σωματιδίων

Ροή πολτού υψηλής ταχύτητας

αλλά εξακολουθεί να είναι ανθεκτικό στη χημεία της διαβρωτικής διεργασίας.

Θερμικά και μηχανικά προβλήματα
Μελετάται επίσης η επίδραση των κεραμικών πληρωτικών στη θερμική συμπεριφορά.

Καλύτερη σταθερότητα διαστάσεων
Τα πληρωτικά μπορούν να βοηθήσουν στην ελαχιστοποίηση:

Θερμικός ερπυσμός.

Παραμόρφωση επιφάνειας

Μηχανική φθορά κατά τη φόρτωση

Αυτό προάγει τη σταθερότητα στα αναδευόμενα συστήματα μακροπρόθεσμα-.

Η ανάγκη για συντηρητικό σχεδιασμό είναι ακόμα εκεί
Παρά τη σκληρότερη επιφάνεια, η καλή πρακτική μηχανικής εξακολουθεί να απαιτεί:

Ελεγχόμενη πυκνότητα Watt

Σωστή κατανομή ροής

Έλεγχος κραδασμών

Κατάλληλες δομές στήριξης

Το σύνθετο υλικό βελτιώνει την ανθεκτικότητα αλλά δεν εξαλείφει την απαίτηση για κατάλληλη τοποθέτηση θερμαντήρα και μηχανικό σχεδιασμό.

Μακριά από τα ακριβά κράματα μετάλλων
Ιστορικά, η θέρμανση του λειαντικού πολτού χρειαζόταν ακριβά εξωτικά μέταλλα.

Περιορισμοί Μεταλλικών Λύσεων
Ακόμη και τα μέταλλα υψηλής απόδοσης-μπορεί να είναι ευάλωτα σε:

Σκωρία

Τρύπημα (του δέρματος)

Διάβρωση και καθίζηση

Κλιμάκωση

Χημική ασυμβατότητα.

Ένας άλλος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε σύνθετα υλικά PTFE συσκευασμένα με κεραμικά. Παρασκευάζονται με ανάμειξη:

Αντοχή στη διάβρωση

Αντικολλητική συμπεριφορά

Αντοχή στην τριβή

σε ένα σύστημα υλικού.

Περίληψη
Τα προηγμένα σύνθετα υλικά από PTFE με πλήρωση με κεραμικά αλλάζουν το τοπίο των εφαρμογών θήκης θερμαντήρα φθοριοπολυμερούς σε σκληρά βιομηχανικά περιβάλλοντα. Αυτό επιτεύχθηκε με την ενσωμάτωση μικρών σωματιδίων αλουμίνας ή πυριτίου στη μήτρα PTFE, βελτιώνοντας σημαντικά την αντοχή στην τριβή χωρίς να θυσιάζεται η χημική αδράνεια και η χαμηλή{1}}συμπεριφορά ρύπανσης που καθιστούν την τεχνολογία PTFE μοναδική.

Τα σύνθετα υλικά προτιμώνται όλο και περισσότερο για θερμαντήρες εμβάπτισης που λειτουργούν σε αναδευόμενους πολτούς, συστήματα εξόρυξης, εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και χημικούς αντιδραστήρες που περιέχουν αιωρούμενα στερεά. Υπάρχουν μικρές ανταλλαγές-σε ιδιότητες διηλεκτρικής αντοχής και τριβής, αλλά τα πλεονεκτήματα στη μηχανική αντοχή είναι σημαντικά.

Τα σύνθετα υλικά PTFE με πλήρωση με κεραμικά-καταστρέφουν σταδιακά το στερεότυπο του «μαλακού πολυμερούς» και επιτρέπουν στους αντιδιαβρωτικούς θερμαντήρες-να διεισδύσουν σε εφαρμογές που μέχρι τώρα βασίζονταν σε ακριβά και ακόμα εύθραυστα κράματα μετάλλων. Το μέλλον της χημικά ανθεκτικής θέρμανσης εξαρτάται όλο και περισσότερο από υλικά που συνδυάζουν την αδρανή χημεία με την πραγματική φυσική στιβαρότητα.