Mikä on itsestään{0}}paranevien pinnoitteiden potentiaali lämmityslevypintojen käyttöiän pidentämiseen?

Kun lämmityslevyn tarttumaton pinnoite{0}}naarmuuntuu, kosteus tai hapot voivat vahingoittaa alla olevaa metallia. Uusi itse-parantuvien pinnoitteiden luokka voi korjata naarmuun ja palauttaa suojan itsenäisesti ilman ihmisen osallistumista. Näissä pinnoitteissa on pieniä nestettä täynnä olevia palloja, jotka räjähtävät auki loukkaantuessaan. Monien vuosien ajan teollisuuslämmityslevyjen suojapinnoitteita -olipa sitten PTFE--pohjaisia ​​tarttumattomia pinnoitteita, keraamisia pinnoitteita tai fluoripolymeerisulkuja- on vaivannut perushaitta: suojakerros heikkenee peruuttamattomasti, jos se naarmuuntuu tai vaurioituu. Paljas metallisubstraatti on herkkä likaantumiselle, korroosiolle ja varhaiselle vioittumiselle. Tämä paradigma on muuttumassa itsestään{11}}paranevien pinnoitteiden ansiosta. Se on tekniikka, joka on edennyt laboratoriouteliaisuudesta varhaiseen kaupallistamiseen muutamilla toimialoilla. Lämmityslevypintojen vaikutukset ulottuvat paljon pidemmälle kuin pelkkä kestävyys, sillä ne sisältävät korjattavia pinnoitteita, jotka estävät aktiivisesti vikoja pitkän käyttöiän aikana.

Prosessi: Kysy{0}}paranevia mikrokapseleita
Kuten elävä iho, pinnoite paranee itsestään. Itsestään-parantava pinnoite on fiksu yhdistelmäjärjestelmä eikä yksittäinen materiaali. Päällystematriisin sisään on upotettu miljardeja pieniä kapseleita, joista jokaisessa on nestemäistä parantavaa ainetta ja joissakin formulaatioissa dispergoitunut katalyytti. Nämä kapselit ovat yleensä halkaisijaltaan 10-100 mikrometriä. Tätä mallia kutsutaan ulkoiseksi itsensä{7}}parantumisjärjestelmäksi, koska ulkoiset tekijät, toisin kuin sisäiset materiaaliominaisuudet, tarjoavat parantamiskyvyn-13.

Murtuman tiellä olevat mikrokapselit repeytyvät, kun pinnoitteen läpi murtuu naarmu, halkeama tai muu mekaaninen vaurio. Parannusaine vapautuu tämän repeämän seurauksena ja pääsee vaurioituneelle alueelle kapillaaritoiminnan kautta. Polymerointireaktio käynnistetään sitten, kun vapautunut kemikaali joutuu kosketuksiin katalyytin kanssa, joka on dispergoitu koko päällystysmatriisiin. Teolliseen käyttöön luotujen formulaatioiden parantava ainesosa polymeroituu 15–30 sekunnissa, tiivistää naarmun, sulkee raon ja palauttaa 85–95 % alkuperäisistä materiaaliominaisuuksista-1. Sitten parantunut sulku palaa suojaavaan tehtäväänsä, mikä estää syövyttäviä aineita tunkeutumasta alla olevaan metalliin ja, jos kyseessä on tarttumaton pinnoite, säilyttää vapautumisominaisuudet suljetulla alueella.

Muita itse{0}}korjautuvia arkkitehtuureja tutkitaan mikrokapseli-laitteiden lisäksi. Pitkäaikaisen-korroosiosuojan takaamiseksi kerros{5}}kerroksittain-pinnoitteet, jotka käyttävät dynaamisia kovalenttisia sidoksia,-kuten Schiff-emässidoksia polydimetyylisiloksaanimatriiseissa- on yhdistetty PTFE:n kanssa. Nämä pinnoitteet parantavat{11}}vaurioita toistuvasti. Elastomeerit, jotka parantuvat muutamassa minuutissa mutta säilyttävät tarttumattomat pinnat, on valmistettu fluoratuilla polymeerijärjestelmillä, joissa käytetään fluorialkyylisivuketjujen hylkivää erottelua-65. Nämä menetelmät osoittavat monenlaisia ​​kehitteillä olevia itse{17}}parantumistekniikoita, vaikka ne ovatkin vielä enimmäkseen tutkimusvaiheessa korkeissa lämpötiloissa käytettäville sovelluksille.

Pintatoiminnallisuudesta korroosiosuojaukseen
Kattavin itse{0}}korjautuvan teknologian validointi on löydetty korroosionestopinnoitteista-. Korroosio aiheuttaa vuosittain yli 700 miljardia dollaria taloudellisia tappioita maailmanlaajuisesti eli yli 3 % maailman BKT:sta-13. Perinteiset korroosionestopinnoitteet- toimivat yksinkertaisesti passiivisina esteinä, jotka tarjoavat suojaa vaurioihin asti, jolloin korroosio alkaa ja leviää pieneltäkin paljaalta alueelta -13. Sitä vastoin itseparantuvat pinnoitteet jäljittelevät biologista immuunijärjestelmää antamalla materiaaleille aktiivisen reaktion, joka tunnistaa vamman ja käynnistää korjauksen lähteessä-13.

Korroosionesto on vain yksi etu levypintojen lämmittämisessä. Tarttumattomat tai vähäkitkaiset pinnat ovat myös tärkeitä monille teollisille lämmityslevyille, erityisesti sovelluksissa, joihin liittyy polymeerin prosessointia, elintarvikekosketusta tai liiman käsittelyä. Sen lisäksi, että metallisubstraatin altistaminen korroosiolle, naarmu, joka läpäisee tarttumattoman PTFE-pinnoitteen, muodostaa paikallisen alueen, johon käsitellyt materiaalit voivat tarttua, mikä johtaa palamiseen, kontaminaatioon ja epätasaiseen kuumenemiseen. Näiden pinnoitteiden itsestään paranevat

Vaikeus: Työskentely korkeissa lämpötiloissa
Vaikka tämä korkean lämpötilan{0}}käyttöasetusten tekniikka on vielä lapsenkengissään, idea on kiehtova. Lämpöstabiilisuus on suurin este itseparantuvien pinnoitteiden käytölle lämmityslevypinnoilla. Suurin osa onnistuneista mikrokapseli{4}}pohjaisista parantamisjärjestelmistä luotiin ympäristön tai hieman korkeamman lämpötilan sovelluksiin, joissa käytettiin ydinmateriaaleja, kuten disyklopentadieeniä, epoksihartseja, isosyanaatteja tai kuivausöljyjä-13. Noin yli 150–200 asteen lämpötiloissa niiden parantavat aineet ja kapselin seinämateriaalit alkavat huonontua tai repeytyä ennenaikaisesti.

Sovelluksesta riippuen lämmityslevyt voivat kuitenkin toimia jatkuvasti lämpötiloissa, jotka vaihtelevat 80 asteesta reilusti yli 200 asteeseen. PTFE:stä valmistetut tarttumattomat pinnoitteet on yleensä mitoitettu jatkuvaan käyttöön 260 asteeseen asti, lyhytaikaisesti korkeille lämpötiloille. Näissä olosuhteissa itsekorjautuva lisäaine, joka hajoaa 180 asteessa, ei olisi kovin hyödyllinen.

Lämpöstabiilisuuden kehitys
Lämpöstabiilien itsensä{0}}parantumisjärjestelmien tutkimus kehittyy nopeasti. Perinteisiin kapseleihin verrattuna mikrokapselit, joissa on polymetyylimetakrylaattikuoret, jotka on vahvistettu funktionalisoiduilla moni-seinämäisillä hiilinanoputkilla, ovat osoittaneet korkeampaa lämpöstabiilisuutta. Kuorimateriaalit on valmistettu kestämään jopa 200 asteen käsittely- ja käyttölämpötiloja -39. Jotta voidaan luoda kerrosrakenteita borosilikaattilasista, oksideista ja silikaateista, joilla on itsestään-paranevia ominaisuuksia 1400-1600 asteen lämpötiloissa, -paljon korkeampi kuin polymeeri{11}}pohjaisten lämmityslevyjen-keraamisten-pohjaisten itse{14}yhdistysten avulla ultra-korkean lämpötilan sovelluksiin.

Seuraava vaihe on joko suunnitella mikrokapselit, joissa on lämpöstabiileja kuorimateriaaleja (kuten ristisidottu urea-formaldehydi-formaldehydi tai melamiini-formaldehydihartsit) tai siirtyä luontaisiin itseparantumismekanismeihin, jotka eivät ole riippuvaisia kapseloitujen levyjen kuumennuslämpötila-alueesta, PTFE:n väliaineisiin liittyvistä lämpötila-alueista {{} joka on noin 100-260 astetta. Lupaavaa luontaista strategiaa, joka toimii korkeissa lämpötiloissa kapseloimatta kemikaaleja, edustavat fluoripolymeeriset itse-paranevat elastomeerit, jotka saavat aikaan nopean paranemisen fluoroalkyylisivuketjujen-65 hylkivällä erottelulla.

Nykyinen tilanne ja sovellusreitit
Itsekorjautuvat-korroosionestopinnoitteet- ovat siirtyneet akateemisesta tutkimuksesta varhaiseen teollisuuskäyttöön sellaisilla aloilla kuin putkistojen suojaus, autoteollisuus ja meriteollisuus-13. Tehokkaat teolliset sovellukset ovat kuitenkin edelleen harvinaisia, ja laboratoriotuloksista kaupalliseen todellisuuteen siirtyminen vastaa edelleen haasteisiin-13. Erityisesti lämmityslevypintojen osalta kaupallisesti saatavilla olevat itsestään paranevat PTFE-pinnoitteet eivät ole tällä hetkellä yleinen tuotevalikoima.

Teknologinen kehityssuunta on kuitenkin ilmeinen. Pinnoitteet, joissa yhdistyvät PTFE:lle luontaiset tarttumattomat ja kemialliset-ominaisuudet sekä itse-paranevat ominaisuudet, ovat aktiivisen tutkimuksen kohteena. Esimerkiksi kaksikerroksisessa menetelmässä yhdistetään itse-parantuva polydimetyylisiloksaanimatriisi ensisijaisena suojakerroksena, ja pinnalle lisätään ohut PTFE-kalvo estämään veden vuorovaikutusta ja säilyttämään -pitkän aikavälin suorituskyvyn-66. Tutkimukset ovat paljastaneet, että tällaiset kaksikerroksiset rakenteet tarjoavat tehokkaan, naarmuuntumattoman-korroosionkestävyyden ja tavan pitkäaikaiseen metallisuojaukseen.

Lämmityslevyjen valmistajille ja teollisille{0}}loppukäyttäjille itsekorjautuvien pinnoitteiden suurin välitön hyöty- voi olla pidennetty aika uudelleenpinnoitusten välillä. Lämmityslevyjen nykyiset PTFE-pinnoitteet vaativat usein uudelleenkäsittelyn tai vaihtamisen useiden vuosien käytön jälkeen, riippuen mekaanisen hankauksen vakavuudesta, kemiallisesta altistumisesta ja lämpötilan vaihtelusta. Itseparantuva pinnoite, joka korjaa itsenäisesti pieniä naarmuja ja hankausvaurioita ilmaantuessaan, voi kaksin- tai kolminkertaistaa tehokkaan käyttöiän ennen kuin uudelleenpinnoitus tulee tarpeelliseksi. Vahva arvolupaus tehokkaalle-teolliselle toiminnalle on työvoimakustannusten, seisokkien ja pinnoitemateriaalien käytön väheneminen.

Bio-Inspiraatiota ja tulevaisuudennäkymiä
Materiaalitutkimuksesta on tulossa yhä enemmän bio{0}}inspiraatiota, ja se ottaa vihjeitä luonnosta. Itse-parantuminen on luonnollinen ominaisuus biologisesti monimuotoisissa kasvi- ja eläinkunnissa, jota evoluutio on hionut-49. Kasvit rajoittavat vaurioita lokeroinnin kautta; nisäkkäät saavuttavat paranemisen hyytymisen kautta; molemmat käyttävät verenkiertoverkostoja tai kapseleita korjauskemikaalien jakamiseen haavakohdille-49. Mikrokapseli{7}}pohjainen itsestään paraneva pinnoite on näiden luonnollisten strategioiden suora tekninen käännös – pinnoitteeseen upotettu synteettinen "verisuonijärjestelmä", joka on valmis reagoimaan, kun pintaeste rikotaan.

Tulevaisuudessa itsestään paranevat{0}}pinnoitteet kuumennuslevyille kehittyvät todennäköisesti eri akseleilla:

Monijaksoinen paranemiskyky: Useimmat olemassa olevat järjestelmät voivat parantaa kunkin loukkaantuneen paikan vain kerran, koska alueen mikrokapselit kuluvat. Muotomuistipolymeerit ja palautuvat kovalenttiset yhteydet yhdistetään mahdollistamaan useita paranemisjaksoja samassa paikassa -1.

Stimulus-käynnistetty vs. autonominen paraneminen: Vaikka autonominen paraneminen (vaurio-indusoitu vapautuminen ilman ulkoista väliintuloa) on parempi, jotkin sovellukset voivat hyötyä lämpölaukaisemista tai pH-laukaisujärjestelmistä, jotka voidaan käynnistää tarpeen mukaan -56.

Integrointi kunnonvalvontaan: mikrokapseleihin upotetut fluoresoivat tai kolorimetriset indikaattorit voivat antaa visuaalisen varoituksen vahingoista, jolloin käyttäjät voivat havaita paikat, joissa paraneminen on tapahtunut{0}}tai missä parantava aine on loppunut.

Kestävä kemia: Bio-pohjaisia ​​terapeuttisia aineita ja ympäristöystävällisiä kapselimateriaaleja tutkitaan, ja ne vastaavat laajempia teollisia suuntauksia kohti pienennettyä ympäristöjalanjälkeä.

Lopuksi
Itsestään{0}}paranevat pinnoitteet edustavat suojapintojen seuraavaa kehitystä, lupaavia kuumennuslevyjä, jotka poistavat olkapäiltä pieniä vaurioita ja kestävät pidempään. Naarmuuntuessaan hajoavien ja polymeroituvien parantavien aineiden mikrokapseleiden-mekanismi-on todistettu laboratoriossa ja valikoiduissa kaupallisissa asetuksissa korroosionkestäviin-sovelluksiin. Lämmityslevysovelluksien ensisijainen tekninen este on näiden järjestelmien lämpöstabiilisuuden laajentaminen PTFE-pinnoitettujen pintojen 100–260 asteen toiminta-alueelle. Haasteeseen vastataan termisesti kestävillä kapselikuorilla, fluoripolymeerisillä itse-paranevilla matriiseilla ja keraamisilla{10}}pohjaisilla korkean lämpötilan{11} vaihtoehtoilla. Vaikka itse-paranevat PTFE-pinnoitteet eivät tällä hetkellä ole perushyödyke, niiden taustalla oleva materiaalitiede kehittyy nopeasti, ja tiettyjen teollisten lämmityssovellusten varhaiset omaksujat saattavat nähdä kaupallisia vaihtoehtoja seuraavien vuosien aikana. Toimialalla, joka mittaa laitteiden käyttöikää vuosissa ja pinnoittamista kuukausissa, mahdollinen huoltovälien pidentäminen itsenäisen, bio{15}}vaikutteisen korjauksen avulla on katsomisen arvoinen trendi.