چگونه کامپوزیتهای PTFE سرامیکی پیشرفته{0}}مقاومت در برابر سایش را در غلافهای بخاری بهبود میبخشند؟
پیام بگذارید
PTFE خالص از نظر شیمیایی عالی است اما از نظر مکانیکی نرم است، مانند یک موم قوی و لغزنده. غلاف گرمکن معمولی PTFE می تواند به تدریج با برخورد مداوم ذرات در یک مخزن همزن حاوی ذرات کاتالیزور ساینده یا دوغاب معدنی فرسوده شود. نسل جدیدی از کامپوزیت های PTFE از سرامیک پر شده است. این پلیمر با ذرات سرامیکی سخت میکروسکوپی تقویت شده است که با هم غلافی را تشکیل می دهند که در برابر سایش شدید مقاوم است، اما همچنان دارای بی اثری شیمیایی است که PTFE را در وهله اول مطلوب کرده است.
ایجاد بخاری مقاوم در برابر سایش کامپوزیت PTFE پر از سرامیک، یک انحراف بزرگ در طراحی بخاری غوطه وری برای تنظیمات شیمیایی تهاجمی و خصمانه مکانیکی است. بخاری های فلوروپلیمری مدرن برای مقاومت در برابر سایش فیزیکی ثابت ساخته می شوند، نه صرفاً در برابر خوردگی.
چرا PTFE خالص در سرویس ساینده شکست می خورد؟
PTFE از نظر شیمیایی بسیار مقاوم است و انرژی سطحی کمی دارد، اما در مقایسه با فلزات یا سرامیک ها تا حدودی نرم است.
محدودیت های مکانیکی پلی تترا فلوئورواتیلن خالص
PTFE خالص میتواند در معرض: - شرایط جریان ساینده قرار گیرد
شستشوی سطحی.
از دست دادن مواد پیشرونده
شیارها و آهنگ های سایش
کاهش ضخامت غلاف
خرابی بخاری پیش از موعد
در مخازن همزن با مواد جامد معلق، جریان متلاطم به طور مداوم سطح بخاری را با ذرات بمباران می کند.
مثالها عبارتند از:
دوغاب کاتالیست
تعلیق مواد معدنی
سنگ ریزه در فاضلاب
نمک های کریستالی
پودر سرامیک
PTFE در برابر حملات شیمیایی بسیار مقاوم است، اما نرمی آن آن را مستعد تخریب مکانیکی طولانی مدت-میکند.
پرکننده های سرامیکی برای تقویت PTFE
روش ترکیبی جدید ماتریس خود PTFE را تغییر می دهد.
ذرات سرامیک جاسازی شده
پودرهای ریز مواد سرامیکی مانند:
آلومینا (Al2O3)
سیلیس (SiO2)
قبل از تشکیل غلاف با رزین PTFE مخلوط می شوند.
این ذرات به طور دائم در چارچوب پلیمری گنجانده می شوند.
PTFE در یک زره کوچک پوشیده شده است.
چگونه کامپوزیت ها در برابر سایش مقاومت می کنند
در هنگام برخورد ذرات ساینده بر روی سطح کامپوزیت:
گرانول های سرامیکی قوی بیشتر انرژی حاصل از ضربه را جذب می کنند
برش و برش موضعی به حداقل می رسد
حذف PTFE چالش برانگیزتر می شود
سایش سطح به طور قابل توجهی کاهش می یابد
فلوئوروپلیمر نرم تر مجاز نیست که دائماً دور شود. ذرات سرامیکی وارد شده در پلیمر از پلیمر اطراف محافظت می کند.
افزایش مقاومت در برابر سایش ممکن است چشمگیر باشد.
مقاومت در برابر سایش به میزان قابل توجهی بهبود یافته است
تقویت کننده سرامیکی در آزمایش سایش آزمایشگاهی کارآمد بود.
مقاومت در برابر سایش تابر
تست های سایش معمولی مانند تست سایش تابر به طور کلی نشان می دهد که:
از دست دادن توده تا حد زیادی کاهش یافته است
کاهش سایش در سطوح پایین
ثبات ابعادی بهتر
در برخی از فرمولاسیون ها مقاومت سایشی با موارد زیر افزایش می یابد:
حداقل ضریب 10 در مقایسه با PTFE پر نشده
این باعث می شود PTFE ماده ای باشد که می تواند در برابر تنظیمات صنعتی بسیار ساینده مقاومت کند، برخلاف اینکه فقط از نظر شیمیایی مقاوم باشد اما از نظر مکانیکی شکننده باشد.
مزایای شیمیایی PTFE را حفظ کنید
یکی از مزایای بزرگ کامپوزیت های سرامیکی{0}}این است که خواص شیمیایی اولیه PTFE به طور قابل توجهی حفظ می شود.
هنوز بی اثری شیمیایی بالا
کامپوزیت هنوز هم دارد:
مقاومت شیمیایی خوب
خاصیت ضد{0}}چسبندگی
مصونیت در برابر خوردگی
جذب آب کم
این ماده را قادر می سازد تا در شرایطی که غلاف های فلزی بخاری به سرعت خورده یا کثیف می شوند، کار کند.
حفظ-خواص غیرچسب
سطح همچنین بسیاری از رفتار چسبندگی کم متمایز PTFE را حفظ می کند، اما پرکننده باعث افزایش ملایمی در ضریب اصطکاک می شود.
این به کاهش کمک می کند:
ایجاد لجن
رسوب گیری با کریستالیزاسیون
چسبیدن ذرات
سختی تمیز کردن
چرا محتوای پرکننده با دقت محدود است؟
0.5٪ تا 1٪. محتوای پرکننده سرامیکی باید به دقت تنظیم شود.
انعطاف پذیری و سرسختی
بارگیری پرکننده معمولی هنوز بسیار کم است تا موارد زیر را فراهم کند:
پردازش پذیری
انعطاف مکانیکی
فاصله انبساط حرارتی
ویژگی های تشکیل
بارگذاری پرکننده بالا می تواند غلاف را ایجاد کند:
شکننده
ساختنش سخته
مستعد شکستن با چرخه حرارتی
در نتیجه کامپوزیت یک سازش با دقت مهندسی شده است نه صرفاً افزایش سختی.
معاوضه PTFE پر از سرامیک
مقاومت در برابر سایش به طور قابل توجهی بهبود یافته است اما برخی از خواص مواد تغییر می کند.
قدرت دی الکتریک کاهش یافت
گنجاندن ذرات سرامیکی می تواند عملکرد عایق الکتریکی را به طور جزئی کاهش دهد.
اثرات احتمالی عبارتند از:
قدرت دی الکتریک کمتر
مسیرهای گسل میکروسکوپی اضافی
مشخصات خرابی الکتریکی اصلاح شد
با این حال، این ماده هنوز هم به طور کلی برای کاربردهای عایق بخاری غوطه وری بسیار خوب است.
افزایش اصطکاک روی سطح
در مقایسه با PTFE خالص:
ضریب اصطکاک تا حدودی افزایش می یابد.
لغزندگی سطح کمی کاهش می یابد
با توجه به اکثر کاربردهای دوغاب{0}}گرمایش، این به طور کلی با توجه به بهبود مقاومت در برابر سایش، یک معامله خوب{{1} در نظر گرفته میشود.
افزایش کاربردهای صنعتی
PTFE پر از سرامیک محکمتر-بازارهای صنعتی جدیدی را برای بخاریهای فلوروپلیمر ایجاد میکند.
استخراج معادن و فرآوری مواد معدنی
عملیات معدن معمولاً با بخاری های غوطه ور مواجه می شود:
شن و ماسه-دوغاب حمل
تعلیق سنگ معدن خرد شده
جریان های فرآیند ساینده
در این محیط عمر مفید غلاف های سرامیکی به طور چشمگیری افزایش می یابد.
تصفیه فاضلاب
سیستم های فاضلاب معمولا شامل:
گرد و غبار معلق
گرد و غبار سیلیس
جامدات بیولوژیکی
گل ساییدن
در این شرایط، بخاری های فلوروپلیمری معمولی مستعد فرسودگی سریع هستند و محلول های کامپوزیت روز به روز مطلوب تر می شوند.
راکتورهای شیمیایی با استفاده از کاتالیزورهای{0}حالت جامد
در راکتورهای شیمیایی با ذرات کاتالیزور معلق، هیترهای غوطه وری تنش مکانیکی بالایی را تجربه می کنند.
غلاف کامپوزیت بخاری های PTFE را قادر می سازد تا زنده بمانند:
ناآرامی مداوم
گردش مجدد ذرات
جریان دوغاب با سرعت بالا
اما هنوز در برابر شیمی فرآیند خورنده مقاوم است.
مشکلات حرارتی و مکانیکی
تأثیر پرکنندههای سرامیکی بر رفتار حرارتی نیز مورد مطالعه قرار میگیرد.
ثبات ابعادی بهتر
پرکننده ها می توانند به کاهش موارد زیر کمک کنند:
خزش حرارتی.
تغییر شکل سطح
سایش مکانیکی هنگام بارگیری
این باعث افزایش پایداری در سیستمهای همزن در درازمدت-میشود.
نیاز به طراحی محافظه کارانه هنوز وجود دارد
با وجود سطح سختتر، تمرین مهندسی خوب همچنان نیازمند:
چگالی وات کنترل شده
توزیع صحیح جریان
کنترل لرزش
ساختارهای پشتیبانی مناسب
کامپوزیت دوام را بهبود می بخشد اما نیاز به قرارگیری مناسب بخاری و طراحی مکانیکی را از بین نمی برد.
دور شدن از آلیاژهای فلزی گران قیمت
از نظر تاریخی، دوغاب ساینده گرمایشی به فلزات عجیب و غریب گران قیمت نیاز داشت.
محدودیت های راه حل های فلزی
حتی فلزات با کارایی بالا-ممکن است در برابر موارد زیر آسیب پذیر باشند:
زنگ زدگی
سوراخ شدن (پوست)
فرسایش و رسوب
افزایش مقیاس
ناسازگاری شیمیایی
راه دیگر استفاده از کامپوزیت های PTFE بسته بندی شده با سرامیک است. آنها با مخلوط کردن تهیه می شوند:
مقاومت در برابر خوردگی
رفتار غیرچسبنده-
مقاومت در برابر سایش
در یک سیستم مواد
خلاصه
کامپوزیت های PTFE پر از سرامیک پیشرفته در حال تغییر چشم انداز کاربردهای غلاف بخاری فلوروپلیمر در محیط های صنعتی خشن هستند. این امر با تعبیه ذرات کوچک آلومینا یا سیلیس در ماتریس PTFE به دست آمده است، که مقاومت سایشی را بدون به خطر انداختن بی اثری شیمیایی و رفتار رسوب{1} کم که فناوری PTFE را منحصر به فرد میکند، تا حد زیادی بهبود میبخشد.
مواد کامپوزیتی به طور فزاینده ای برای بخاری های غوطه وری که در دوغاب های همزده، سیستم های معدن، تاسیسات تصفیه فاضلاب و راکتورهای شیمیایی حاوی مواد جامد معلق کار می کنند، ترجیح داده می شوند. در مورد مقاومت دی الکتریک و خواص اصطکاک-تفاوت های جزئی وجود دارد، اما مزایای آن در دوام مکانیکی قابل توجه است.
کامپوزیتهای PTFE پر از سرامیک به تدریج کلیشه «پلیمر نرم» را در هم میشکنند و بخاریهای ضد خوردگی{1} را قادر میسازند تا به برنامههایی نفوذ کنند که تاکنون بر روی آلیاژهای فلزی گران قیمت و هنوز شکننده بودهاند. آینده گرمایش مقاوم در برابر مواد شیمیایی به طور فزاینده ای به موادی بستگی دارد که شیمی بی اثر را با استحکام فیزیکی واقعی ترکیب می کنند.
