Miks vähendab poleeritud titaanisoojendi pind määrdumise määra 3 korda võrreldes sulatatud polümeeri{1}}viimistletud pinnaga?

Kui olete protsessiinsener, kes soojendab polümeeri sulameid, nagu polüetüleen, polüpropüleen või PET, kleepub sulapolümeer küttekeha pinnale, moodustades saastekihi, mis isoleerib küttekeha, pärsib soojusülekannet ja põhjustab lokaalset ülekuumenemist. Poleeritud titaanpind (Ra < 0,4 µm) vähendab määrdumiskiirust ligikaudu 3 korda võrreldes tavalise jahvatusviimistlusega pinnaga (Ra 1,0–1,5 µm) sama polümeeri kasutamisel. Vähenemine on tingitud kahest mehhanismist, väiksemast efektiivsest nakkepinnast ja väiksemast mehaanilisest blokeeringust. Poleeritud pinnal on vähem pisikesi ruume sulapolümeeri haardumiseks ja siledam topograafia laseb polümeeril kerisest mööda voolata ilma piirkihti vähe häirides. Need teadmised võimaldavad inseneril määratleda kütteseadmetes kasutatavate polümeeride jaoks õige pinnakvaliteedi ja tasakaalustada poleerimiskulusid puhastustsüklite vahel pikkade tootmisperioodidega.

Polümeersulamite nakkumine titaanpindadele
Adhesiooni titaankuumuti pinna ja sulapolümeeri vahel põhjustavad van der Waalsi jõud, vesinikside (polaarsete rühmade olemasolul) ja mehaaniline blokeerimine. Mehaanilise ankurdamise tagavad mikroskoopilised tipud ja orud (tavaliselt 1–5 µm sügavusega) veski-viimistletud titaanpinnal. Need süvendid on täidetud voolava sulapolümeeriga, mis jahtumisel kõvastub ja kinnitub oma kohale. Saastekihi eemaldamine vajab polümeeri uuesti-sulatamist (mis ei pruugi pidevas protsessis olla otstarbekas) või mehaanilist kraapimist, mis kahjustab titaani pinda ja suurendab karedust edasiste tsüklite jaoks.

Künad on poleeritud titaanpinnal madalamad (sageli <0,4 µm sügavused) ja õhemad. Pindpinevusjõud on suuremad kui rõhk, mis sunnib polümeeri sellistesse väikestesse osadesse, mistõttu sula polümeer ei voola nendesse mikro{2}}orgudesse. Polümeer-polümeeri kohesioonitugevus on madalam kui polümeer-titaani kleepuvustugevus, nii et polümeerikihti on poleeritud pinnalt lihtsam eemaldada. Poleeritud pinnal on ka umbes 60-80% väiksem tegelik pindala projitseeritud ala kohta võrreldes freesitud pinnaga, vähendades seeläbi potentsiaalsete nakkekohtade koguarvu.

Poleerimise{0}}indutseeritud saastumise määra pärssimise kvantifitseerimine
Saastumise määra määratletakse tavaliselt kui soojustakistuse tõusu kiirust ajaühiku kohta (m2.K/kW tunnis) või soojusülekandeteguri vähenemise kiirust aja funktsioonina. Polüetüleen on temperatuuril 200 kraadi ja voolab üle titaansoojendi kiirusega 0,5 m/s.

Pinna viimistlus Ra (µm) Esialgne saastumise määr (m2.K/kW päevas) Aeg kuni 20% soojusülekande kaduni (d) Vajalik puhastussagedus Suhteline saastumise määr
Veski viimistlus (joonisel) 1.2-1.5 0.12 5-7 Iga nädal 3,0x
Mehaaniliselt poleeritud (rihm) 0,6–0.8 0.07 10–14 Bi-nädalas 1,8 ×
Mehaaniliselt poleeritud (peen) 0,3–0.5 0.05 15–20 2–3 nädalat 1,3× Elektropoleeritud 0,1–0.2 0.04 20–25 1 kuu 1,0 × (alustase)
Superpoleeritud (keemiline-mehaaniline) < 0.05 0.03 30-350.8× Iga 4-6 nädala järel
Poleeritud pind (Ra 0,3-0,5 µm) vähendab määrdumise määra umbes 60% võrreldes freesviimistlusega, st tootmistsüklid puhastustsüklite vahel on 2,5–3 korda pikemad. Pideva polümeeriprotsessi korral võib puhastusintervalli pikendamine nädalalt kahe nädala või kuu peale oluliselt vähendada seisakuaega ja tööjõukulusid.

Stsenaariumipõhine{0}}juhend titaanpinna viimistluse määramiseks polümeeriteenuses
Polümeeri tüüp ja töötlemistemperatuur Kalduvus nakkumisele Soovitatavad pinnatöötluse puhastusmeetodid Ühilduvus freesviimistlusega vs eeldatav määrdumise vähenemine
Polüetüleen (mitte-polaarne) 180–220 kraadi Madal kuni mõõdukas Mehhaaniliselt poleeritud (Ra 0,4–0,6 µm) Vähenemine 2–3 × Mehaaniline kraapimine on korras (poola laguneb aeglaselt)
Polüpropüleen (mitte-polaarne) 200–250° Madal kuni mõõdukas Mehhaaniliselt poleeritud (Ra 0,3–0,5 µm) 2–3-kordne vähendamine. Soovitav on hoida poleerimist keemilise puhastuse teel.
PET (polaarne, hügroskoopne), 260–280 kraadi Mõõdukas kuni mõõdukas Elektropoleeritud (Ra < 0,2 µm) 3–4-kordne vähendamine Vajalik keemiline puhastus. Elektropolüüm hävitatud mehaanilise puhastamisega.
Nailon (polaarne, kõrge vesiniksidemega) 240-270 o C Kõrge Elektropoleeritud + eralduv kate (PTFE või Ni-PTFE) 4-6× vähendamine Ainult keemiline puhastus. Vabastuskate vähendab veelgi nakkumist.
Lagunemine PVC (vastuvõtlik lagunemisele) 170-200 kraadi Mõõdukas (kuigi lagunemissaadused kleepuvad)Mehhaaniliselt poleeritud (Ra 0,4 kuni 0,6 µm) 2-3-kordne vähenemine Olenemata poleerimisest. Laguproduktide kogunemise vältimiseks on vajalik sagedane puhastamine.
Fluoropolümeer (PTFE, PFA) 300-350 CVäga madal (isevabanemine) Veski viimistlus vastuvõetav Poleerimine ei ole oluline kasu Poleerimiskulud ei ole põhjendatud. Titaan ja PTFE ei seo.
Inseneritööd peale poleerimise: muud saastumise vähendamise strateegiad
Kui polümeeri saastumine on poleeritud pinnaga endiselt problemaatiline, vähendavad mitmesugused täiendavad lahendused nakkumist veelgi. Püsivalt eralduv kate - elektrivaba nikliga koos kaas-sadestatud PTFE osakestega (Ni-PTFE) – tekitab madala pinnaenergiakihi (umbes 20 dynes/cm vs. titaani 50–60 dynes/cm). Ni-PTFE pinda ei niisuta sula polümeer ja kõik pinnaga kokkupuutuvad polümeerid vabanevad kergesti. Pinnakatte kasutusiga polümeeri sulatamise ajal enne PTFE läbipõlemist on 1–3 aastat. Teine meetod on küttekeha geomeetria optimeerimine. Sile, pidev toru ilma pragude, keevisõmbluste või teravate üleminekuteta minimeerib polümeeri seiskumise kohad, kus määrdumine algab. Kolmas tehnika on temperatuuri reguleerimine. Küttekeha kasutamine minimaalsel temperatuuril, mis on vajalik polümeeri voolamiseks, vähendab termilise lagunemise kiirust. Termiline lagunemine tekitab kleepuvaid kõrvalsaadusi, mis süvendavad saastumist.

Järeldus: poleeritud titaan vähendab polümeeri saastumist 3 korda
Polümeersulatustöödel vähendab poleeritud titaanist kuumutuspind (Ra < 0,4 µm) määrdumise määra ligikaudu 3 korda, võrreldes veski- viimistletud pinnaga (Ra 1,0–1,5 µm). Vähenemise põhjuseks on haardumispinna vähenemine, mehaaniliste blokeerimiskohtade eemaldamine ja piirkihi häirimise vähenemine. Polüetüleeni ja polüpropüleeni puhul pikendab mehaaniline poleerimine kuni Ra 0,3–0,5 µm puhastusintervalle igal nädalal kahel-nädalal või kuus. Polaarsete polümeeride, nagu PET ja nailon, elektropoleerimine Ra-ks< 0.2 µm reduces fouling 3-4x and application of a PTFE-based release coating further improves performance. If you are specifying a titanium heater for any polymer heating application where fouling limits the length of the production run, be sure to include a quantified surface finish requirement (for example, "Ra ≤ 0.4 µm measured by profilometer") in the purchase specification to ensure that the delivered heater will provide the fouling resistance and extended cleaning intervals you expect.