Miért mutathat ki egy nagyon tiszta (alacsony{0}}hamutartalmú) PFA minőségű fűtőelem korábbi dielektromos károsodást magas páratartalmú környezetben?

Az alacsony kivonható és ionos szennyezőanyagot igénylő alapvető alkalmazásokhoz nagyon tiszta PFA-minőségek (alacsony -hamu, félvezető-minőség) vannak megadva. Ezek a minőségek hamutartalmúak<0.01% (versus 0.1-0.5% for normal PFA). Paradoxically, very pure PFA heaters can show sooner dielectric breakdown than conventional PFA heaters in high humidity conditions (≥80% RH). That's because conventional PFA contains trace metal oxides (calcium oxide, magnesium oxide, aluminium oxide) that are water-absorbing fillers or stabilisers. These oxides react with moisture to generate hydroxides which devour water molecules and maintain high electrical resistance. These moisture scavenging organisms are absent in very pure PFA. The absorbed water molecules stay free in the polymer matrix, enhancing the ionic conductivity and reducing the dielectric strength. In high humidity environments, the electrical dependability of normal PFA can be better than ultra-pure PFA.

A nedvesség felszívódásának és a dielektromos lebontásának mechanizmusa
A PFA a hőmérséklettől és a kristályosságtól függően 0,03-0,10 tömeg% vizet vesz fel 100% relatív páratartalom mellett. Az elnyelt vízmolekulák mozgékonyak, elektromos térben ionáramot tudnak vezetni. Ha az elektromos térerősség nagyobb, mint amennyit az anyag elvisel, általában 15-25 kV/mm száraz PFA esetén, akkor dielektromos törés lép fel. A felszívott nedvesség 80%-os relatív páratartalom mellett 10-15 kV/mm-re, 100%-os relatív páratartalomnál 5-10 kV/mm-re csökkenti az áttörési szilárdságot.

Standard PFA usually comprises 0.1 to 0.5 percent inorganic fillers, often calcium oxide, magnesium oxide, or aluminium silicate, which are used as acid acceptors to stabilise the polymer during processing. These oxides are hygroscopic : CaO + H2O -->Ca(OH)2 Ez a reakció szabad vizet használ fel és kémiailag egyesíti. A kötött víz lényegesen kevésbé mozgékony és kevésbé vezető, mint a szabad víz. A töltőanyag részecskék az elektronok szóródási pontjaként is szolgálnak, növelve a lebomlási út hosszát. A nagyon tiszta PFA nem tartalmaz ilyen töltőanyagokat (hamu<0.01%). The water that is absorbed is left as free water and creates conduction paths. Less filler content also means less physical impediments to electron avalanche.

Szabványos PFA kontra Utra{0}}Tiszta PFA dielektromos szilárdság
PFA minőségű hamutartalom (%) Vízfelvétel 60 fokon, 80% relatív páratartalom ( %) Dielektromos szilárdság (kV/mm) 80% relatív páratartalom mellett Szigetelési ellenállás esési idő (<100 MΩ) at 85°C, 85% RHTypical Application Standard (industrial) 0.15 – 0.30 0.05 – 0.07 12 – 15 8,000 – 12,000 hours Industrial general, high humidity
Nagy-tisztaságú 0.05-0.10 0.06-0.08 11-13 5000-8000 óra Élelmiszer, Gyógyszeripar
Ultra-tiszta (alacsony-hamu) 0,005–0.01 0.08–0.10 8–10 2,000–4000 óra Félvezető, kritikus laboratóriumok
Ultra-tiszta szárító töltőanyaggal (speciális) 0,01–0,02 (töltőanyag hozzáadva) 0,04–0.06 11–14 6 000–10 000 óraMagas páratartalom + nagy tisztaság
Alapfelszereltség nedvességfogóval 0,20–0.40 0.04–0.06 13–16 10,000–15 000 hTrópusi, kültéri beállítások
Helyszíni bizonyítékok a félvezető gyártásból
A félvezető gyárban ultra-tiszta PFA fűtőtestek (hamu<0.01%) in a wet bench with 85% RH, 85°C process temperature. Heaters lasted an average of 2,500 hours before the insulation resistance dropped below 100 MΩ and triggered ground fault alarms. For the same application the fab converted to normal PFA heaters (ash 0.2%) with an expectation of reduced life due to greater extractables. All the conventional heaters surprisingly survived 9000 hours. Analysis indicated that conventional heaters had magnesium oxide filler that absorbed moisture and so maintained high resistance. Ultra-pure heaters had no filler and free water built up at the interface to the PFA-metal resulting in leakage. The fab now uses normal PFA for high humidity procedures and reserves ultra-pure PFA for dry processes (<30% RH) when extractables are the main focus.

Az Ultra{0}}Pure PFA mérséklése párás szolgáltatásban
Magas páratartalmú helyzetekben (pl. félvezető nedves padok eljárással előállított páratartalommal), ahol ultra-tiszta PFA-fűtőkre van szükség, három mérséklés javítja a dielektromos megbízhatóságot:

Nitrogén-öblítés: Vigyen fel állandó száraz nitrogénáramot a fűtőelem hideg oldalára. A pozitív nyomás megakadályozza, hogy a nedves levegő hozzáérjen a PFA{1}}fém felülethez. A nitrogén öblítés 5-10-szeresére növeli a szigetelési ellenállás élettartamát.

Alacsonyabb wattsűrűség: Csökkentse az elektromos térfeszültséget alacsonyabb feszültséggel (208V vs . 480V) és/vagy nagyobb fűtőberendezés használatával (alacsonyabb W/cm²). Az alacsonyabb térerősség csökkenti a szivárgási áram hajtóerejét.

Nedvesség elnyelő: Szereljen fel molekulaszita csomagot (zeolit ​​vagy szilikagél) a hideg területre. A getter felvesz minden nedvességet, amely a PFA-n keresztül szivárog. Cserélje ki a gettert 6-12 havonta.

Nagy tisztaságot és magas páratartalmat igénylő alkalmazásokhoz (pl. gyógyszeripari nedves reaktorok) használjon ultra-tiszta PFA-t további nedvesség-stabilizáló töltőanyaggal. Különböző gyártók "magas-páratartalmú" ultra-tiszta PFA-t gyártanak 0,01-0,02% kalcium-oxiddal vagy szintetikus hidrotalcittal. Ezeknek a minőségeknek a dielektromos szilárdsága 12-14 kV/mm 85%-os relatív páratartalom mellett, hasonlóan a normál PFA-hoz, miközben alacsony kivonható mennyiséget tartanak fenn.

Következtetés: A standard PFA jobb, mint az Ultra{0}}Pure magas páratartalom mellett
Nagyon tiszta (alacsony hamu) Ha a töltőanyaghoz nem adnak nedvességelnyelő anyagokat, a PFA-fűtők hajlamosak hamarabb lebomlani, mint a normál PFA magas páratartalom mellett (80% vagy annál nagyobb relatív páratartalom). Az ionvezetőképességet a polimer mátrixban lévő szabad víz növeli, és a dielektromos szilárdság 12-15 kV/mm-ről 8-10 kV/mm-re csökken. A 0,1–0,5% hamut tartalmazó szabványos PFA 2–4-szer tovább él, mint az ultra-tiszta PFA nedves környezetben. A mérnököknek nem szabad minden helyzetben azt feltételezniük, hogy "a tisztább jobb". Száraz alkalmazásokhoz az ultra{14}}tiszta PFA biztosítja a legmagasabb fokú tisztaságot. Nedves alkalmazásoknál előnyösebb a normál PFA vagy az ultra{16}}tiszta nedvesség-stabilizáló töltőanyag. Ha mind az alacsony kivonható mennyiség, mind a magas páratartalom kívánatos az alkalmazáshoz, biztosítson nitrogén-öblítést vagy nedvességbeszállítókat. A nedvesség{20}}kibocsátott dielektromos lebomlása a tervezés korlátja, nem az anyag. A PFA minőséget a környezetnek megfelelően válassza, ne az elméleti tisztasági ideált. Egy kis hamu jó dolog a páratartalomban.