Может ли нагреватель из PFA с пескоструйной обработкой внешней поверхности (Ra 2,0 мкм) снизить частоту очистки при полимерном загрязнении по сравнению с гладкой поверхностью?

Отложения прочно прилипают к поверхности нагревателя при загрязнении полимеров (например, при нагревании расплавов полимеров, латексных эмульсий или липких органических растворах), уменьшая теплопередачу и вызывая необходимость частой очистки. По сравнению с гладкой поверхностью (Ra<0.2 µm), a PFA heater with a sandblasted outer surface (Ra 2.0 µm) can cut cleaning frequency by 40–60%. The actual contact area between the polymer and the heater is decreased by the roughened surface. The Cassie-Baxter model states that a textured surface keeps the polymer from soaking the entire surface by trapping air pockets beneath the fouling layer. Only the tips of the roughness peaks are adhered to by the deposit, which makes it easier to remove during cleaning or even self-clean in flow conditions. However, if the polymer has low-viscosity and flows into the cracks, the roughened surface may develop deposits in the valleys. The sandblasted surface is much superior for high-viscosity polymer melts (>10 000 сП); гладкую поверхность проще очищать от мономеров с низкой-вязкостью (<500 cP).

Гладкие и шероховатые механизмы загрязнения PFA
Тесный контакт между полимером и всей видимой областью возможен благодаря гладкой поверхности PFA (Ra<0.2 µm). Strong adhesion is produced by van der Waals forces. The deposit creates a homogeneous, continuous coating that is challenging to mechanically or chemically remove. The coating breaks off in tiny pieces during cleaning, leaving debris in its wake.

На обработанной пескоструйной обработкой поверхности (Ra 2,0 мкм) имеются крошечные выступы и впадины высотой 2–4 мкм. С полимером контактируют только пики. На самом деле соприкасается только 10–30% видимой площади. Происходит соответствующее уменьшение силы сцепления. Вместо того, чтобы образовывать сплошную пленку, отложения встречаются в виде отдельных островов на вершинах. Движение жидкости или легкое протирание могут легко срезать эти островки. Впадины также служат разделителем, улавливая жидкости или воздух.

Сокращение частоты очистки различных типов полимеров
Тип полимера Вязкость при рабочей температуре (сП) Основной механизм загрязнения Частота очистки (гладкая поверхность) Частота очистки (Ra 2,0 мкм) Уменьшение (%)
ПЭВП (расплав полиэтилена) 5 000–20 000Пленкообразующий, клейкий Каждые 7 дней Каждые 14–21 день 50–66%
3000–15 000 плавок полипропиленаКлей Каждые 5 дней Каждые 10–15 дней 50–67%
10 000–50 000 термоплавкого клея (ЭВА)Когезивный и клейкий материал каждые три дня57–70% каждые 7–10 дней
Акриловая латексная эмульсия: 100–500 Адгезия плюс седиментация Каждые 14 дней; каждые 18–22 дня; каждые 20–36%
Стирольный мономер<10 Wetting + polymerization Every two days Every three to four days 33–50%
1000–5000 полиуретановый преполимерХимическая прививка 33–50% каждые 10 дней, каждые 15–20 дней
50–200 Кристаллизация расплавленного воска Каждые 30 дней 0% (воск не прилипает) Каждые 30 дней (без изменений)
Идеальные уровни шероховатости для отделения полимера
Для уменьшения загрязнения полимера идеальная поверхность, подвергнутая пескоструйной очистке, имеет:

Ra: 1,5–2,5 мкм (слишком шероховатый, впадины заполняются полимером; слишком гладкий, мало преимуществ)

От пика-до-впадины Rz: 10–15 мкм.

Расстояние между пиками: 20–50 мкм

30–50% поверхности — открытое пространство (долины).

Для подготовки поверхности используйте зерно из оксида алюминия (размер 100–150 мкм) при давлении воздуха 3–4 бар. Чтобы избавиться от застрявших частиц песка, тщательно очистите поверхность после пескоструйной обработки. Избегайте сглаживания или полировки выступов.

Пример в полевых условиях
В устройстве для нанесения клея-расплава использовался гладкий нагреватель из ПФА. Каждые три дня клей загрязнял нагреватель, поэтому приходилось закрывать его на два-часа для чистки. На заводе был установлен пескоструйный нагреватель PFA (Ra 2,0 мкм) с такой же плотностью ватт. К интервалу чистки добавилось десять дней. Произошло 120-часовое (15-дневное) увеличение годовой производительности. Пескоструйная очистка увеличила время простоя на 50 на каждый нагреватель (550 на нагреватель) или на 55 000 долларов в год.

Ограничения и когда следует избегать пескоструйной обработки
Пескоструйная очистка не выгодна для:

жидкости с низкой вязкостью (<500 cP) that completely soak the surface as they flow into the valleys. Fouling and contact area are subsequently increased by the roughness.

Коррозионная среда,-наполненная частицами. Неровная поверхность может задерживать коррозийные соли, ускоряя образование язв.

Применения с высокой-чистотой: продукт может быть загрязнен частицами песка, оставшимися при пескоструйной очистке. Вместо этого выбирайте гладкие или электрополированные поверхности.

Чрезвычайно тонкие стенки из PFA (менее 1,5 мм): пескоструйная обработка может ослабить стены, уменьшив их толщину на 0,05–0,1 мм.

Как очистить обработанные пескоструйной обработкой поверхности
Очистите нагреватель PFA, прошедший пескоструйную обработку, с помощью мягких нейлоновых щеток или струи воды-под низким давлением (10–20 бар). Металлические скребки испортят шероховатости и сгладят выступы, поэтому избегайте их использования. Поскольку химическая очистка (замачивание в растворителе) не вызывает механического истирания поверхности, ее рекомендуется использовать. Используйте профилометр для проверки шероховатости поверхности после очистки. Замените нагреватель или выполните повторную пескоструйную обработку, если Ra упал ниже 1,0 мкм.

В заключение поверхность была подвергнута пескоструйной очистке (Ra 2,0 мкм). Сокращает частоту очистки расплавов полимеров высокой-вязки на 40–60 %.
A sandblasted outer surface (Ra 2.0 µm) for PFA heaters in polymer fouling service with high-viscosity melts (>5000 сП) снижает частоту чистки на 40–60 % по сравнению с гладкой поверхностью. Уменьшая истинную площадь контакта, шероховатость облегчает удаление отложений и останавливает образование непрерывной пленки. Гладкая поверхность может лучше подходить для жидкостей с низкой вязкостью (<500 cP). The cheap cost of sandblasting ($50–100 per heater) is offset by longer cleaning cycle intervals and less downtime. For sticky polymer solutions, polyolefin melts, and hot melt adhesives, specify sandblasted PFA. While a smooth surface encourages fouling, a rough surface discourages it. Select the release's roughness. Your production schedule will be grateful.