Mengapakah Pemanas Gred PFA yang Sangat Tulen (Rendah-Abu) Menunjukkan Pecahan Dielektrik Terdahulu dalam-Persekitaran Kelembapan Tinggi?

Untuk aplikasi penting yang memerlukan bahan pencemar ionik dan boleh diekstrak rendah, gred PFA yang sangat tulen (gred-abu, semikonduktor-rendah) ditentukan. Gred ini mempunyai kandungan abu<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.

Mekanisme Penyerapan Lembapan dan Pecahan Dielektrik
PFA mengambil 0.03-0.10% air mengikut berat pada 100% RH bergantung pada suhu dan kehabluran. Molekul air yang diserap adalah mudah alih, dan boleh mengalirkan arus ionik dalam medan elektrik. Jika kekuatan medan elektrik lebih tinggi daripada bahan yang boleh menahan, biasanya 15–25 kV/mm untuk PFA kering, kerosakan dielektrik akan berlaku. Kelembapan yang diserap mengurangkan kekuatan pecahan kepada 10-15 kV/mm pada 80% RH dan 5-10 kV/mm pada 100% RH.

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 Tindak balas ini menggunakan air bebas dan menggabungkannya secara kimia . Air terikat adalah kurang mudah alih dan konduktif berbanding air bebas. Zarah pengisi juga berfungsi sebagai titik serakan untuk elektron, meningkatkan panjang laluan pecahan. PFA yang sangat tulen tidak mengandungi pengisi seperti itu (ash<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.

Standard PFA lwn Utra-Kekuatan Dielektrik PFA Tulen
Kandungan Abu Gred PFA (%)Penyerapan Air pada 60 darjah , 80% RH ( %)Kekuatan dielektrik (kV/mm) pada 80% RH Masa jatuh rintangan penebat (<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
-Ketulenan tinggi 0.05-0.10 0.06-0.08 11-13 5000-8000 jamMakanan, Farmaseutikal
Ultra-tulen (rendah-abu) 0.005–0.01 0.08–0.10 8–10 2,000–4,000 jam Semikonduktor, makmal kritikal
Ultra-tulen dengan pengisi bahan pengering (khas) 0.01–0.02 (pengisi ditambah) 0.04–0.06 11–14 6,000–10,000 jam Kelembapan Tinggi + Ketulenan Tinggi
Standard dengan penyapu lembapan 0.20–0.40 0.04–0.06 13–16 10,000–15,000 hTetapan luar tropika
Bukti Lapangan daripada Pembuatan Semikonduktor
Fab semikonduktor memasang pemanas PFA ultra-tulen (ash<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.

Pengurangan PFA Ultra-Tulen dalam Perkhidmatan Lembap
Untuk situasi kelembapan tinggi (cth bangku basah semikonduktor dengan kelembapan terhasil proses) yang memerlukan pemanas PFA ultra{2}}tulen, tiga pengurangan meningkatkan kebolehpercayaan dielektrik:

Pembersihan nitrogen: Sapukan aliran nitrogen kering yang berterusan ke bahagian sejuk pemanas. Tekanan positif menghalang udara lembap daripada menyentuh antara muka logam PFA-. Pembersihan Nitrogen meningkatkan Hayat Rintangan Penebat 5-10X.

Ketumpatan watt yang lebih rendah: Kurangkan tegasan medan elektrik dengan berjalan pada voltan yang lebih rendah (208V lwn. 480V) dan/atau menggunakan pemanas yang lebih besar (rendah W/cm²). Kekuatan medan yang lebih rendah mengurangkan kuasa pemanduan untuk arus bocor.

Pengambil lembapan: Pasang pek ayak molekul (zeolit ​​atau gel silika) di kawasan sejuk. Getter mengambil sebarang lembapan yang bocor melalui PFA. Tukar pengambil setiap 6 hingga 12 bulan.

Untuk aplikasi yang memerlukan ketulenan tinggi dan kelembapan tinggi (cth reaktor lembap farmaseutikal), gunakan ultra-PFA tulen dengan pengisi penstabilan kelembapan tambahan-. Pelbagai pengeluar menjadikan "gred-kelembapan tinggi" ultra-PFA tulen dengan 0.01-0.02% kalsium oksida atau hidrotalsit sintetik. Gred ini mempunyai kekuatan dielektrik 12-14 kV/mm pada 85% RH, serupa dengan PFA biasa, sambil mengekalkan bahan yang boleh diekstrak rendah.

Kesimpulan: PFA standard lebih baik daripada Ultra-Tulen di bawah kelembapan tinggi
Sangat tulen (abu rendah) Apabila penyerap lembapan tidak ditambah pada pengisi, pemanas PFA cenderung rosak lebih awal daripada PFA biasa dalam tetapan kelembapan tinggi ( Lebih besar daripada atau sama dengan 80% RH). Kekonduksian ionik meningkat oleh air bebas dalam matriks polimer dan kekuatan dielektrik berkurangan daripada 12–15 kV/mm kepada 8–10 kV/mm. PFA standard dengan 0.1–0.5 % abu akan bertahan 2–4x lebih lama daripada PFA ultra{11}}tulen dalam perkhidmatan lembap. Jurutera tidak seharusnya menganggap "lebih tulen adalah lebih baik" dalam semua situasi. Untuk aplikasi kering, PFA ultra-tulen menawarkan tahap kebersihan tertinggi. Dalam aplikasi lembap, pengisi penstabil PFA biasa atau ultra-tulen dengan{17}}lembapan adalah lebih baik. Jika kedua-dua bahan yang boleh diekstrak rendah dan kelembapan yang tinggi adalah wajar untuk digunakan, sediakan pembersihan nitrogen atau pengikat lembapan. Kelembapan{20}}pecahan dielektrik yang disebabkan oleh pengehadan reka bentuk, bukan pada bahan. Pilih gred PFA mengikut persekitaran, bukan ideal ketulenan teori. Sedikit abu adalah perkara yang bagus dalam kelembapan.