یک مغازه تکمیل فلز، یک بخاری غوطه وری PTFE را از یک مخزن تمیزکننده قلیایی پس از پنج ماه خدمات بیرون کشید. سطح غلاف با یک لایه سخت و شیشه ای پوشیده شده بود که در برابر حذف توسط اسید رقیق مقاومت می کرد. تیم تعمیر و نگهداری مجبور شد از یک اسکنه برای شکستن فیلم استفاده کند، که PTFE را در چندین مکان خراب کرد. فیلم مقیاس کربنات کلسیم معمولی نبود. این یک شیشه سیلیکات بود که روی سطح بخاری ذوب شده بود.
لایه‌های شیشه‌ای سیلیکات یکی از مستحکم‌ترین رسوبات موجود در بخاری‌های غوطه‌وری PTFE هستند. آنها در حمام های تمیز کننده قلیایی تشکیل می شوند که حاوی سیلیکات سدیم هستند، یک افزودنی رایج که برای بافر، مهار خوردگی و تعلیق خاک استفاده می شود. سیلیکات روی سطوح داغ پلیمریزه می‌شود و یک لایه{2}}شبیه شیشه تشکیل می‌دهد که از نظر شیمیایی به PTFE می‌پیوندد.
چرا فیلم های سیلیکات روی سطوح داغ تشکیل می شوند؟
سیلیکات سدیم مخلوطی از اکسید سدیم و دی اکسید سیلیکون است. در محلول، به صورت یون سیلیکات وجود دارد. هنگامی که محلول با سطح داغ تماس پیدا می کند، سیلیکات پلیمریزه می شود-یون های سیلیکات به هم متصل می شوند تا زنجیره ها و شبکه های طولانی را تشکیل دهند. پلیمریزاسیون توسط دما و تبخیر آب در سطح داغ انجام می شود.
سیلیکات پلیمریزه شده، فیلمی را تشکیل می دهد که سخت، از نظر شیمیایی مقاوم است و محکم به سطح چسبیده است. این فیلم با رسوبات سیلیکات بیشتر رشد می کند. با گذشت زمان ضخیم‌تر و شیشه‌تر-تر می‌شود. بر خلاف رسوب کربناته که با در هم تنیدگی مکانیکی می‌چسبد، لایه‌های سیلیکات به صورت شیمیایی به سطح PTFE می‌چسبند.
| غلظت سیلیکات | دمای حمام | دمای سطح غلاف | نرخ تشکیل فیلم | زمان تا 1 میلی متر فیلم |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 درجه | 75 درجه | کم | 6-12 ماه |
| 2–4% | 70 درجه | 85 درجه | متوسط | 3-6 ماه |
| 4–6% | 75 درجه | 95 درجه | بالا | 6-12 هفته |
| >6% | 80 درجه | 105 درجه + | خیلی بالا | 3-6 هفته |
نرخ تشکیل فیلم سیلیکات به عنوان تابعی از غلظت و دمای غلاف است
چرا فیلم‌های سیلیکات از مقیاس کربنات آسیب‌رسان‌تر هستند؟
مقیاس کربناته نسبتاً نرم و متخلخل است. این توسط درهم تنیدگی مکانیکی و نیروهای ضعیف واندروالس به هم چسبیده است. اسید رقیق آن را حل می کند و سطح PTFE در زیر آن معمولا دست نخورده است.
فیلم های سیلیکات متفاوت هستند. آنها سخت، متراکم هستند و از نظر شیمیایی به PTFE متصل هستند. شبکه سیلیکات با سطح پلیمر پیوندهای کووالانسی ایجاد می کند. فیلم در اسید حل نمی شود. نیاز به تمیز کردن قلیایی یا حذف مکانیکی دارد.
حذف مکانیکی-خراش دادن، اسکنه کردن، یا انفجار ساینده-به PTFE آسیب می‌زند و محل‌های هسته‌زایی را برای تشکیل فیلم در آینده ایجاد می‌کند. نواحی آسیب دیده نسبت به سطح صاف اولیه بیشتر پذیرای پیوند سیلیکات هستند.
نقش دمای سطح غلاف
سرعت پلیمریزاسیون سیلیکات با دما افزایش می یابد. هر 10 درجه افزایش تقریباً دو برابر می شود. یک بخاری که در دمای سطح 95 درجه کار می کند، فیلم سیلیکات را دو برابر سریعتر از بخاری در دمای 85 درجه تشکیل می دهد.
دمای سطح به چگالی وات و شرایط جریان بستگی دارد. بخاری که با سرعت 1.4 وات بر سانتی متر مربع در یک حمام با آشفتگی متوسط کار می کند ممکن است دمای سطحی 15 تا 20 درجه بالاتر از حجم داشته باشد. یک بخاری با 0.9 W/cm² ممکن است دمای سطحی را تنها 10 تا 12 درجه بالاتر از قسمت عمده داشته باشد. چگالی وات کمتر دمای سطح را کاهش می دهد و تشکیل فیلم را کند می کند.
جلوگیری از تشکیل فیلم سیلیکات
موثرترین پیشگیری کاهش دمای سطح غلاف است. چگالی وات کمتر سطح را خنک نگه می دارد و سرعت پلیمریزاسیون را کاهش می دهد. بخاری که با سرعت 0.9 وات بر سانتی متر مربع کار می کند ممکن است دو برابر بیشتر از بخاری با 1.4 وات بر سانتی متر مربع طول بکشد تا یک فیلم 1 میلی متری تشکیل دهد.
سطح صیقلی استحکام چسبندگی فیلم سیلیکات را کاهش می دهد. یک سطح صاف، مکان‌های هسته‌زایی کمتر و در هم‌بستگی مکانیکی کمتری را فراهم می‌کند. سطوح صیقلی فاصله تمیز کردن را 30 تا 50 درصد در مقایسه با سطوح استاندارد افزایش می دهند.
تمیز کردن منظم فیلم را قبل از اینکه ضخیم و محکم شود از بین می برد. یک لایه نازک راحت تر از یک لایه ضخیم جدا می شود. فاصله تمیز کردن باید بر اساس یافته های بازرسی باشد، نه یک تقویم ثابت.
| اقدام پیشگیری | تاثیر بر شکل گیری فیلم | پیاده سازی |
|---|---|---|
| چگالی وات کمتر، 0.9 W/cm² | پلیمریزاسیون کندتر | طراحی بخاری |
| سطح صیقلی | کاهش چسبندگی | پایان بخاری |
| تمیز کردن منظم | از فیلم ضخیم جلوگیری می کند | برنامه تعمیر و نگهداری |
| کاهش غلظت سیلیکات | نرخ رسوب پایین تر | کنترل شیمی حمام |
اقدامات پیشگیری از تشکیل فیلم سیلیکات در پاک کننده های قلیایی
تمیز کردن فیلم های سیلیکات بدون آسیب رساندن به بخاری
فیلم های سیلیکات در اسید حل نمی شوند. آنها نیاز به تمیز کردن قلیایی یا حذف مکانیکی دارند.
یک محلول تمیزکننده قلیایی-معمولاً هیدروکسید سدیم 5 تا 10 درصد در دمای 50 تا 60 درجه -می‌تواند فیلم سیلیکات را نرم کند و اجازه دهد آن را پاک کند. محلول تمیز کننده باید در گردش یا هم زدن باشد تا تماس با فیلم حفظ شود. بخاری باید پس از تمیز کردن بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که فیلم برداشته شده است.
حذف مکانیکی باید آخرین راه حل باشد. اگر برداشتن مکانیکی لازم است، از یک خراش پلاستیکی یا یک برس نرم استفاده کنید. از برس های سیمی، خراش های فلزی یا پدهای ساینده استفاده نکنید که به PTFE آسیب می رساند.
وقتی فیلم سیلیکات یک مشکل مشخصات را نشان می دهد
بخاری که با وجود تمیز کردن منظم، لایه‌های سیلیکات ضخیم ایجاد می‌کند، نشان می‌دهد که بخاری با چگالی وات کار می‌کند که برای شیمی حمام بسیار زیاد است. پیکربندی سفارشی هیتر غوطه وری PTFE با چگالی وات کمتر، سطح صیقلی و سطح بزرگتر علت اصلی رسوب سیلیکات را برطرف می کند. فرآیند مشخصات به شیمی حمام، غلظت سیلیکات، دمای عملیاتی و وات مورد نیاز نیاز دارد. برای تأسیسات سیلیکات-حاوی پاک کننده های قلیایی، این برنامه کاربردی{4}}رویکرد خاص تشکیل فیلم را کاهش می دهد و عمر مفید بخاری را افزایش می دهد.
