Neden Çok Saf (Düşük-Kül) PFA Sınıfı Bir Isıtıcı Yüksek-Nemli Ortamlarda Daha Erken Dielektrik Arıza Gösterebilir?

Düşük ekstrakte edilebilir madde ve iyonik kirletici madde gerektiren temel uygulamalar için, çok saf PFA dereceleri (düşük-kül, yarı iletken-derecesi) belirtilir. Bu kaliteler kül içeriğine sahiptir<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.

Nem Emme ve Dielektrik Bozulma Mekanizması
PFA, sıcaklığa ve kristalliliğe bağlı olarak %100 RH'de ağırlıkça %0,03-0,10 su alır. Emilen su molekülleri hareketlidir ve bir elektrik alanında iyonik akımı iletebilir. Elektrik alan kuvveti malzemenin dayanabileceğinden daha yüksekse (kuru PFA için genellikle 15–25 kV/mm), dielektrik bozulma meydana gelecektir. Emilen nem, kırılma mukavemetini %80 RH'de 10-15 kV/mm'ye ve %100 RH'de 5-10 kV/mm'ye düşürür.

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 Bu reaksiyon serbest suyu kullanır ve onu kimyasal olarak birleştirir. Bağlı su, serbest suya göre önemli ölçüde daha az hareketli ve iletkendir. Dolgu parçacıkları aynı zamanda elektronlar için saçılma noktaları görevi görerek arıza yolunun uzunluğunu artırır. Çok saf PFA bu tür dolgu maddeleri içermez (kül<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.

Standart PFA ve Ultra-Saf PFA Dielektrik Dayanımı
PFA Sınıfı Kül İçeriği (%) 60 Derecede Su Emme, %80 RH (%) %80 RH'de Dielektrik Dayanım (kV/mm) Yalıtım direnci düşme süresi (<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
Yüksek-saflıkta 0.05-0.10 0.06-0.08 11-13 5000-8000 saatGıda, İlaç
Ultra-saf (düşük-kül) 0,005–0.01 0.08–0.10 8–10 2.000–4.000 saat Yarı iletken, kritik laboratuvarlar
Ultra-saf, kurutucu dolgulu (özel) 0,01–0,02 (doldurucu eklendi) 0,04–0.06 11–14 6,000–10.000 saatYüksek Nem + Yüksek Saflık
Nem tutuculu standart 0,20–0.40 0.04–0.06 13–16 10,000–15.000 hTropikal, dış mekan ayarları
Yarı İletken Üretiminden Saha Kanıtları
Yarı iletken fabrikada ultra-saf PFA ısıtıcılar (kül<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.

Nemli Hizmette Ultra-Saf PFA'nın Azaltılması
Ultra-saf PFA ısıtıcıların gerekli olduğu yüksek nem durumları için (örneğin, işlemle üretilen neme sahip yarı iletken ıslak tezgahlar), üç hafifletme yöntemi dielektrik güvenilirliğini artırır:

Azot temizleme: Isıtıcının soğuk tarafına sabit bir kuru nitrojen akışı uygulayın. Pozitif basınç, nemli havanın PFA-metal arayüzüne temas etmesini önler. Azot Temizleme, Yalıtım Direnci Ömrünü 5-10 Kat Artırır.

Daha düşük watt yoğunluğu: Daha düşük bir voltajda (208V vs. 480V) çalıştırarak ve/veya daha büyük bir ısıtıcı (daha düşük W/cm²) kullanarak elektrik alan stresini azaltın. Daha düşük alan kuvveti, kaçak akım için tahrik gücünü azaltır.

Nem alıcı: Soğuk bölgeye bir moleküler elek paketi (zeolit ​​veya silika jel) yerleştirin. Alıcı, PFA'dan sızan nemi alır. Alıcıyı her 6 ila 12 ayda bir değiştirin.

Yüksek saflık ve yüksek nem gerektiren uygulamalar için (örn. farmasötik nemli reaktörler), ek nem-sabitleyici dolgu maddesiyle birlikte ultra-saf PFA kullanın. Çeşitli üreticiler %0,01-0,02 kalsiyum oksit veya sentetik hidrotalsit ile "yüksek-nem dereceli" ultra-saf PFA yapar. Bu kaliteler, düşük ekstrakte edilebilirliği korurken normal PFA'ya benzer şekilde %85 RH'de 12-14 kV/mm dielektrik dayanıma sahiptir.

Sonuç: Standart PFA, yüksek nem koşullarında Ultra-Pure'dan üstündür
Çok saf (düşük kül) Dolguya nem emicilerin eklenmediği durumlarda, PFA ısıtıcıları yüksek nem ayarlarında (%80 RH'ye eşit veya daha büyük) normal PFA'dan daha erken bozulma eğilimindedir. İyonik iletkenlik, polimer matrisindeki serbest su ile artar ve dielektrik mukavemeti 12–15 kV/mm'den 8–10 kV/mm'ye düşer. %0,1–0,5 kül içeren standart PFA, nemli ortamda ultra-saf PFA'dan 2–4 kat daha uzun süre dayanır. Mühendisler her durumda "daha saf olanın daha iyi olduğunu" varsaymamalıdır. Kuru uygulamalar için ultra-saf PFA, en yüksek temizlik derecesini sunar. Nemli uygulamalarda normal PFA veya ultra-nem stabilizasyonlu-saf dolgu maddesi tercih edilir. Uygulama için hem düşük ekstrakte edilebilir maddeler hem de yüksek nem isteniyorsa, nitrojen temizleme veya nem alıcılar sağlayın. Nemin- neden olduğu dielektrik bozulma, malzemenin değil tasarımın bir sınırlamasıdır. PFA derecesini teorik bir saflık idealine göre değil, çevreye göre seçin. Biraz kül nemde güzel bir şeydir.