Как усовершенствованные композиты из политетрафторэтилена с керамическим-наполнителем повышают стойкость к истиранию оболочек нагревателей?
Оставить сообщение
Чистый ПТФЭ хорош с химической точки зрения, но механически мягок, как прочный и скользкий воск. Обычная оболочка нагревателя из ПТФЭ может постепенно изнашиваться из-за постоянного воздействия частиц в резервуаре с мешалкой, содержащих абразивные частицы катализатора или минеральную суспензию. Новое поколение композитов ПТФЭ наполнено керамикой. Полимер армирован микроскопическими твердыми керамическими частицами, которые вместе образуют оболочку, устойчивую к сильному истиранию, но при этом обладающую той химической инертностью, которая в первую очередь сделала PTFE желательным.
Создание композитного износостойкого нагревателя из политетрафторэтилена с керамическим наполнением является большим прорывом в разработке погружных нагревателей для химически агрессивных и механически агрессивных сред. Современные фторполимерные нагреватели созданы так, чтобы выдерживать постоянное физическое истирание, а не просто стойкость к коррозии.
Почему чистый ПТФЭ не подходит для абразивной обработки
ПТФЭ обладает высокой химической стойкостью и низкой поверхностной энергией, но он несколько мягче по сравнению с металлами или керамикой.
Механические ограничения чистого политетрафторэтилена
Чистый ПТФЭ может подвергаться воздействию: - условий абразивного потока.
Очистка поверхности.
Прогрессирующая потеря материала
Канавки и следы износа
Уменьшенная толщина оболочки
Преждевременный выход из строя нагревателя
В резервуарах с мешалкой, содержащих взвешенные вещества, турбулентный поток непрерывно бомбардирует поверхность нагревателя частицами.
Примеры:
Каталитические суспензии
Суспензии минералов
Песок в сточных водах
Кристаллические соли
керамический порошок
ПТФЭ очень устойчив к химическому воздействию, но его мягкость делает его подверженным длительному-механическому разрушению.
Керамические наполнители для армирования ПТФЭ
Новый композитный метод изменяет матрицу самого ПТФЭ.
Встроенные керамические частицы
Мелкодисперсные порошки керамических материалов, таких как:
Глинозем (Al2O3)
Кремнезем (SiO2)
смешиваются со смолой ПТФЭ перед формированием оболочки.
Эти частицы постоянно включены в полимерный каркас.
ПТФЭ покрыт крошечной броней.
Как композиты противостоят износу
При воздействии абразивных частиц на поверхность композита:
Прочные керамические гранулы поглощают большую часть энергии удара.
Локализованная резка и строжка сведены к минимуму
Удаление ПТФЭ становится более сложной задачей
Износ поверхности значительно снижается
Более мягкий фторполимер нельзя постоянно отрывать. Керамические частицы, введенные в полимер, защищают окружающий полимер.
Увеличение износостойкости может быть значительным.
Значительно улучшена стойкость к истиранию
Керамическое армирование оказалось эффективным при лабораторных испытаниях на истирание.
Устойчивость к истиранию по Таберу
Типичные испытания на износ, такие как испытания на истирание по Таберу, обычно показывают, что:
Потеря массы значительно снижена
Снижение износа нижних поверхностей.
Лучшая стабильность размеров
В некоторых составах стойкость к истиранию повышается за счет:
По крайней мере, в 10 раз по сравнению с ненаполненным ПТФЭ.
Это делает ПТФЭ материалом, который может выдерживать высокоабразивные промышленные условия, а не просто химически стойкий, но механически хрупкий.
Сохраните химические преимущества ПТФЭ
Одним из больших преимуществ композитов с керамическим-наполнителем является то, что основные химические свойства ПТФЭ в значительной степени сохраняются.
Все еще высокая химическая инертность
В композите еще есть:
Хорошая химическая стойкость
Антипригарные-свойства
Невосприимчивость к коррозии
Низкое водопоглощение
Это позволяет материалу работать в условиях, когда металлические оболочки нагревателя быстро подвергаются коррозии или загрязняются.
Сохранение-свойств антипригарного покрытия
Поверхность также сохраняет большую часть характерных для ПТФЭ свойств низкой адгезии, но наполнитель вызывает умеренное повышение коэффициента трения.
Это помогает снизить:
Накопление осадка
Загрязнение в результате кристаллизации
Прилипание частиц
Сложность очистки.
Почему содержание наполнителя так тщательно ограничено
от 0,5% до 1%. Содержание керамического наполнителя следует тщательно регулировать.
Гибкость и выносливость
Обычная загрузка наполнителя все еще достаточно низкая, что позволяет:
технологичность
Механическая гибкость
Зазор теплового расширения
Характеристики формирования
Высокая загрузка наполнителя может привести к тому, что оболочка:
Хрупкий
Трудно сделать
Подвержен разрушению при термоциклировании
Таким образом, композит представляет собой тщательно разработанный компромисс, а не просто увеличение твердости.
Компромиссы ПТФЭ с керамическим наполнением
Износостойкость значительно повышается, однако некоторые свойства материала изменяются.
Диэлектрическая прочность снижена
Включение керамических частиц может незначительно ухудшить электроизоляционные характеристики.
Возможные воздействия включают в себя:
Более низкая диэлектрическая прочность
Дополнительные микроскопические маршруты разломов
Изменены характеристики электрического пробоя
Тем не менее, этот материал по-прежнему очень хорош для изоляции погружных нагревателей.
Повышенное трение на поверхности
По сравнению с чистым ПТФЭ:
Коэффициент трения несколько увеличивается.
Скользкость поверхности немного снижается
для большинства применений-нагрева суспензии это обычно считается хорошим компромиссом,-учитывая улучшение стойкости к истиранию.
Растущее промышленное применение
Более прочный ПТФЭ с керамическим-наполнителем создает новые промышленные рынки для фторполимерных нагревателей.
Горное дело и переработка полезных ископаемых
В горнодобывающих предприятиях обычно используются погружные нагреватели:
песок-перенос навозной жижи
Суспензии измельченных руд
Абразивные технологические потоки
В таких условиях срок службы керамических тубусов значительно увеличивается.
Очистка сточных вод
Системы очистки сточных вод обычно включают в себя:
Взвешенная пыль
Кремнеземная пыль
Биологические твердые вещества
шлифование грязи
В этих условиях традиционные фторполимерные нагреватели склонны к быстрому изнашиванию, а композитные решения становятся все более востребованными.
Химические реакторы с использованием твердотельных-катализаторов
В химических реакторах со взвешенными частицами катализатора погружные нагреватели испытывают высокие механические нагрузки.
Композитная оболочка обеспечивает долговечность нагревателей из ПТФЭ:
Постоянные волнения
Рециркуляция частиц
Высокоскоростной поток суспензии
но при этом устойчив к агрессивным химическим процессам.
Термические и механические проблемы
Также изучено влияние керамических наполнителей на термическое поведение.
Лучшая стабильность размеров
Филлеры могут помочь свести к минимуму:
Термическая ползучесть.
Деформация поверхности
Механический износ при нагрузке
Это способствует стабильности систем с перемешиванием в долгосрочной-перспективе.
Потребность в консервативном дизайне все еще существует.
Несмотря на более прочную поверхность, хорошая инженерная практика по-прежнему требует:
Контролируемая плотность мощности
Правильное распределение потока
Контроль вибрации
Надлежащие структуры поддержки
Композит повышает долговечность, но не устраняет требования к подходящему размещению нагревателя и механической конструкции.
Отказ от дорогих металлических сплавов
Исторически сложилось так, что для нагрева абразивной суспензии требовались дорогие экзотические металлы.
Ограничения металлических решений
Даже высокоэффективные-металлы могут быть уязвимы к:
Ржавчина
Питтинг (кожи)
Эрозия и седиментация
Масштабирование
Химическая несовместимость.
Другой способ — использование композитов ПТФЭ, набитых керамикой. Их готовят путем смешивания:
Устойчивость к коррозии
Не-неприлипающее поведение
Устойчивость к истиранию
в одной материальной системе.
Краткое содержание
Усовершенствованные композиты из ПТФЭ с керамическим наполнением меняют ландшафт применения фторполимерных оболочек нагревателей в суровых промышленных условиях. Это было достигнуто за счет внедрения мелких частиц оксида алюминия или кремнезема в матрицу ПТФЭ, что значительно улучшило стойкость к истиранию без ущерба для химической инертности и низкого-поведения к загрязнению, что делает технологию ПТФЭ уникальной.
Композитные материалы становятся все более предпочтительными для погружных нагревателей, работающих в перемешиваемых шламах, горнодобывающих системах, очистных сооружениях и химических реакторах, содержащих взвешенные твердые частицы. Есть незначительные компромиссы-с диэлектрической прочностью и фрикционными свойствами, но преимущества в механической долговечности значительны.
Композиты из ПТФЭ с керамическим-наполнителем постепенно разрушают стереотип о «мягких полимерах» и позволяют коррозионностойким-нагревателям проникать в приложения, в которых до сих пор использовались дорогие и все еще хрупкие металлические сплавы. Будущее химически стойкого отопления все больше зависит от материалов, которые сочетают инертную химию с реальной физической прочностью.
