
石油和天然氣傳感器的聚對二甲苯保形涂料
聚對二甲苯是一種透明的聚合物,可提供均勻且無針孔的保形涂層。不同種類的聚對二甲苯(聚對二甲苯N,C,D,AF4和F)是通過分子結構的修飾形成的。每次修改都會產生一組適用于不同服務條件的材料屬性。聚對二甲苯衍生物的基本類型是聚對二甲苯N(聚對二甲苯)單體。
聚對二甲苯在電子工業和傳感器技術中具有多種優勢。它可以完全滲透到縫隙和空隙中,同時覆蓋鋒利的邊緣和表面,因此可以很好地密封下面的結構。在傳感器技術中,聚對二甲苯保形涂層用于其絕緣,介電和/或保護性能。其性能的詳細列表可在表中找到, 并在《Parylene 101指南》中進行了描述。

聚對二甲苯的化學氣相沉積(CVD)過程分為三個步驟(升華,熱解,沉積)。最終涂層形成在目標表面(彈性體,玻璃,金屬,紙張,塑料等)上。為了提高在目標表面上的附著力,要格外小心地清潔表面。隨后,對樣品表面進行處理使用粘合促進劑,例如硅烷(A-174)。助粘劑以在表面和聚對二甲苯之間提供高強度鍵界面的方式形成分子的單層。樣品可以在聚對二甲苯真空室內分批處理。溫度,壓力設定為理想的涂層條件。一旦聚對二甲苯粉末前體(Paracyclophanes,二聚體)被升華并熱解形成單體,就進行涂覆過程。前體的熱解定義為材料在惰性氣氛中在高溫下的熱分解,并且該反應是不可逆的。之后,以允許頂層在其上生長的方式將單體沉積為薄層。同時,單體滲透到最小的空隙中,形成均勻,無空隙的保形涂層。
傳感器可以檢測并幫助監視目標在不同大氣條件(例如,氣體,液體介質,溫度,壓力)下的動態行為(溫度,壓力,電流)。使用這些傳感器收集的數據有助于石油和天然氣工業的持續運行。數據提供了重要的統計數據,可以從中預測停機,風險和緊急情況或最佳狀況。為了使業務獲利,必須對站點進行良好的維護和監控,以在需求高峰期保持現金流。油井壓力傳感器調節儲罐中的液位以防止爆炸,氣體傳感器有助于檢測各種氣體,例如O 2,H 2 O,CO 2,H2 S,甲烷等。據報道,美國O&G勘探和生產的直接腐蝕成本每年約為14億美元,其中地表管道和設施成本為5.89億美元,井下管道成本為4.63億美元,與腐蝕有關的資本支出為3.2億美元[2],[3 ]。
因為腐蝕和惡劣的環境是一個巨大的問題,由于儀表的使用,在生產和后續操作中需要很高的成本,因此,大量使用的管道和儀表需要通過油氣傳感器進行監控。勘探的主要地點是深海,偏遠的北極地區和未固結的砂巖水庫。儀器使用中最具挑戰性的場所的特點是高壓和高溫(HPHT)以及在壓力大于15 ksi(103.43 MPa)和溫度大于350°F(177)的區域中使用的設備的設計準則°C)(即深水800-1800 m)由美國石油學會[3],[4]確定。縱觀這一大圖,傳感器是石油和天然氣勘探與生產行業成功運營的關鍵部分。在其生產中使用的這些傳感器和材料需要滿足耐用性和熱穩定性準則,同時還要能夠承受各種腐蝕性環境。
聚對二甲苯衍生物具有很高的耐用性,耐磨性,低摩擦性,低氣體和濕氣滲透性以及相對較高的耐熱性,這使其成為傳感器應用的理想選擇,可以用作保護性密封或用作傳感器生產中的絕緣體。另外,聚對二甲苯保護涂層可以承受低溫和相對高溫(-400°F(-200°C)至+400°F(+200°C)),同時保持其電氣和機械性能,這在材料系統中是罕見的。在傳感器開發中的不同條件下,可重復性,過程控制和材料行為控制對于集成電子電路的響應非常重要。
涂覆后的聚對二甲苯可作為對氣體(O 2,N 2,CO 2,H 2等),濕度(低滲透性),腐蝕(高耐化學性),并在惡劣條件下長期(> 10年)提供耐磨性(低摩擦系數)。聚對二甲苯C和N是最常用的涂料,在氧化條件下,它們可以滿足高達≈100°C的溫度要求。氟化聚對二甲苯AF-4和F分別在≈200°C和≈350°C時具有額外的熱穩定性,可以滿足特殊條件。使用聚對二甲苯衍生物的傳感器可以開發和保護會與惡劣環境接觸的零件。聚對二甲苯有望為挑戰性高溫高壓,深水和北極條件下的傳感器開發做出貢獻。

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