Како површинска енергија ПТФЕ-а доприноси његовом{0}}нелепљивом и против-својству против зарастања?

ПТФЕ урањајући грејач уклоњен из купатила{0}}склоне загађивању често ће изгубити наслаге једноставним испирањем, али метални грејач треба да се струже или очисти киселином. Својства-нелепљивања потичу из основне хемије површине ПТФЕ-а. Корелација између површинске енергије и отпорности на зарастање је добро успостављена и помаже да се објасни зашто ПТФЕ остаје материјал избора у ситуацијама када се стварају агресивне наслаге.

Шта је површинска енергија? А Плаин Екпланатион
Површинска енергија је мера колико добро површина привлачи друге материјале као што су течности, чврсте материје или полу{0}}наслаге. Чисти метал или стакло су површине високе енергије и имају огромну привлачност. Течност у контакту са високо{3}}енергетском површином ће се ширити (поквасити површину) и веома добро пријањати. Насупрот томе, површине ниске енергије производе слаб атрактиван ефекат. Течности имају тенденцију да се зрну или капају, а не да се шире, а чврсте материје имају проблем са стварањем јаких лепљивих веза.

ПТФЕ има веома ниску површинску енергију. Критична површинска напетост ПТФЕ је око 18-20 дина по центиметру. (Ова иста количина се често пише у милињутонима по метру или мН/м). За поређење, површински напон воде на температури околине је око 72 дина/цм. ПТФЕ не влажи воду. Површински напон воде је знатно већи од површинске енергије ПТФЕ. Вода формира дискретне перле које се лако котрљају. Исти приступ се односи на различите течности, муљке и получврсте наслаге које се сусрећу у индустријском грејању.

Како молекуларна структура ПТФЕ ствара ниску површинску енергију
Ниска површинска енергија је због молекуларне структуре ПТФЕ. ПТФЕ је направљен од молекула који имају дуге ланце атома угљеника, при чему сваки атом угљеника има два везана атома флуора. Атоми флуора су веома електронегативни и формирају тесно-упаковани густи спољашњи слој на угљеничној кичми. Ова флуорисана површина има веома слабе интермолекуларне силе (ван дер Валсове силе) у интеракцији са другим супстанцама. У суштини, постоји врло мало ствари које могу да се "залепе" за ПТФЕ површину довољно да направе трајну везу.

Треба истаћи да је овај квалитет фундаменталан за материјал и да се временом не квари. Ово се разликује од неких нелепљивих премаза који се хабају или морају поново да се наносе у интервалима. Ниска површинска енергија ПТФЕ је велика карактеристика. Новоизложени ПТФЕ има исту ниску површинску енергију чак и ако је површина оштећена или истрошена.

Како се ниска површинска енергија претвара у својства -нелепљивања и против-обраштања
Однос са отпорношћу на зарастање ПТФЕ површинске енергије је линеаран и предвидљив. Пошто ПТФЕ има нижу површинску енергију од већине типичних загађивача, не могу се формирати јаке адхезивне везе. Веће површинске енергије постоје за минерални каменац (калцијум карбонат, калцијум сулфат), метални муљ (честице никла, бакра, цинка из купки за облагање), полимеризоване остатке и органске наслаге. Када покушавају да се таложе на ПТФЕ површину, међуфазна енергија је неповољна за адхезију. Наслаге или не приањају, или приањају тако слабо да се уклањају редовним протоком течности или благим испирањем.

У стварности, ово понашање даје бројне мерљиве предности:

Смањено стварање каменца - Већа је вероватноћа да ће каменац од тврде воде пукнути и ољуштити се од ПТФЕ грејача него да се накупи у изолационом слоју.

Минимална адхезија металног муља - ПТФЕ грејачи су изложени далеко мањем металном наслагању у резервоарима за галванизацију и завршну обраду метала него грејачи од нерђајућег челика или титанијума.

Лако се чисти - Ако се створи талог, обично је све што је потребно испрати водом под ниским притиском или проћи нежном четком. Ретко је потребно грубо механичко рибање или јака хемијска средства за чишћење.

Нижи фактори запрљања ПТФЕ грејачи одржавају константније перформансе у прорачунима преноса топлоте током времена јер фактор онечишћења (термичка отпорност коју додају наслаге) остаје низак.

Површинска енергија ПТФЕ у поређењу са другим материјалима
Положај ПТФЕ-а у односу на уобичајене материјале омотача грејача и друге референтне површине приказан је у следећој табели. Нижа површинска енергија=боља својства-не лепљења

Материјална критична површинска енергија (дин/цм или мН/м) релативне перформансе непријањања{0}}
ПТФЕ (политетрафлуороетилен) 18 – 20 Одлично (минимални лепак)
Перфлуороалкокси алкан (ПФА)18 – 20 Упоредиво са ПТФЕ
Флуорисани етилен пропилен (ФЕП) 18 – 19 као ПТФЕ
Силиконска гума 22-24 Добра, али не толико отпорна на хемикалије
Полипропилен (ПП) 29 – 31 Умерено непријањање
Нерђајући челик (чист, пасивиран) 70 – 110 Лош; многе наслаге се чврсто држе
Стакло 70 - 100Лоше; каменац и органски састојци се лако лепе
Вода (површински напон, за поређење) 72 (није чврста, али показује зашто водене перле)
Једна од главних предности ПТФЕ у односу на друге полимере ниске површинске енергије, нпр. полипропилен, је његова хемијска инертност. Полипропилен може бити непријањајући-, али не подноси високе температуре или оштре киселине и раствараче као ПТФЕ. ПФА и ФЕП су оба флуорополимери слични ПТФЕ са сличном ниском површинском енергијом. Често се користе као алтернатива ПТФЕ-у где је потребна транспарентност или различите карактеристике обраде.

Практичне импликације за одржавање грејача и пренос топлоте
Ова -нелепљива карактеристика ПТФЕ директно утиче на два важна радна фактора: интервале одржавања и ефикасност преноса топлоте.

Учесталост одржавања – Купатило са никловањем може захтевати да се грејач од нерђајућег челика извуче и једном недељно потапа у киселину да би се уклонио-нагомилани метални муљ. ПТФЕ грејач у сличној кади може да ради месецима са само месечним испирањем, а чак и тада се наслаге лако љуште. Ово смањење времена застоја у одржавању доводи до веће доступности производње.

Ефикасност преноса топлоте - Наслаге на површини грејача понашају се као топлотни изолатори. Како се наслаге или муљ акумулирају на металном грејачу, густина у ватима на површини наслага се повећава (пошто се иста снага даје преко мање ефективне површине), што доводи до локализованог прегревања и додатног очвршћавања наслага. Нелепљива површина ПТФЕ-а-прекида овај самоојачавајући циклус загађивања. Грејач задржава свој пројектовани коефицијент преноса топлоте знатно дуже.

Имајте на уму да сам ПТФЕ има скромну топлотну проводљивост (око 0,25 В/м·К) као што је наведено у претходним одељцима. Ово захтева опрезан дизајн густине у ватима, али карактеристика против зарастања- помаже да се надокнади топлотна отпорност тако што одржава спољашњу површину чистом. Упркос знатно већој инхерентној проводљивости метала, чиста ПТФЕ површина боље преноси топлоту од високо запрљане металне површине.

Ограничења и разматрања
Ниједна супстанца није потпуно{0}}нелепљива под свим условима. Екстремно постојане наслаге, као што су печене-на карбонизованим остацима или неким очврслим полимерним премазима, могу да се залепе чак и за ПТФЕ. Даље, ако је ПТФЕ површина физички оштећена (дубоке огреботине или удубљења), наслаге су у стању да се механички споје са местима оштећења и на тај начин смање ефективне перформансе нелепљивања -. Међутим, чак иу таквим околностима, област јаке адхезије је и даље локализована и укупно загађивање је и даље мање него код металних површина.

Практична поента: ниска површинска енергија ПТФЕ-а значи да се већина лепкова или премаза залепи за њега са великим потешкоћама. Ово није проблем за плашт грејача, али може отежати поправке или модификације на терену. Ако је лепљење за ПТФЕ веома битно, произвођачи грејача користе специфичне површинске третмане (нпр. јеткање соли).

Резиме: Смањено одржавање и продужен радни век у тешким применама
Научни разлог за чувена својства ПТФЕ-а који се-не лепи и спречава-зарастање је његова ниска површинска енергија- ~18 дина/цм. Површинске карактеристике ПТФЕ-а за које се већина течности и чврстих материја не може снажно везати, стога се минерални каменац, метални муљ и органске наслаге не формирају или се брзо уклањају уз минималан напор чишћења.

Ова карактеристика смањује време застоја у одржавању, одржава ефикасност преноса топлоте и повећава радни век ПТФЕ потопних грејача у тешким хемикалијама и апликацијама за облагање. Метални грејачи су подложни све већем загађењу које смањује перформансе и захтева агресивно чишћење, али ПТФЕ грејачи имају чисте површине и конзистентан учинак. Због своје хемијске инертности, термичке стабилности и ниске површинске енергије ПТФЕ је јединствени материјал за загревање агресивних течности које-формирају процесе.