पॉलिमर पिघलने से चिपकने वाली गंदगी से बचने में पीएफए शीथ सतह खुरदरापन क्या भूमिका निभाता है?
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उच्च चिपचिपाहट वाले पॉलिमर पिघलने जैसे गर्म पिघल चिपकने वाले, पॉलीथीन, पॉलीप्रोपाइलीन या इंजीनियरिंग थर्मोप्लास्टिक्स को गर्म करने में एक आवर्ती परिचालन समस्या हीटर की सतह पर चिपकने वाला का निर्माण है। पिघला हुआ पॉलिमर ठोस सतहों पर आसानी से चिपक जाता है, खासकर यदि स्थानीय तापमान पॉलिमर के पिघलने बिंदु से काफी अधिक हो। एक छोटी परत चिपक जाती है और कार्बोनाइज हो जाती है, जिससे स्थानीय म्यान का तापमान और भी अधिक बढ़ जाता है, जो स्व-सुदृढ़ीकरण चक्र में और अधिक गंदगी को तेज कर देता है। पीएफए के अंतर्निहित गैर-छड़ी गुण रिलीज का एक बुनियादी स्तर देते हैं, हालांकि सभी पीएफए सतहें समान नहीं बनाई जाती हैं। पिघले हुए पॉलिमर और फ्लोरोपॉलीमर शीथ के बीच संपर्क क्षेत्र की मात्रा सतह खुरदरापन पैरामीटर (रा, औसत रेखा से सतह की ऊंचाई का औसत विचलन) द्वारा निर्धारित की जाती है। चिकनी सतहें यांत्रिक इंटरलॉकिंग को कम करती हैं लेकिन दीवार के बगल में स्थिर पॉलिमर की सीमा परत को बरकरार रख सकती हैं। सूक्ष्म पैमाने पर, खुरदरी सतहों के लिए वास्तविक संपर्क कम होता है फिर भी दरारें बन जाती हैं जिनमें क्षतिग्रस्त पॉलिमर जमा हो सकता है। सबसे उपयुक्त खुरदरेपन के चयन के लिए व्यक्तिगत पॉलिमर पिघल के रियोलॉजिकल व्यवहार और हीटर के संपर्क में कतरनी स्थितियों के ज्ञान की आवश्यकता होती है।
फ्लोरोपॉलीमर सतहों पर चिपकने वाली गंदगी का तंत्र
पीएफए शीथ चिपकने वाली फाउलिंग प्रक्रिया तीन {{0}चरणीय प्रक्रिया है, जिसमें गीलापन, प्रतिधारण और कार्बोनाइजेशन शामिल है। गीला करने की अवस्था के दौरान, पिघला हुआ पॉलिमर पीएफए सतह से मिलता है और यंग - डुप्रे समीकरण के अनुसार फैलता है जो संपर्क कोण को ठोस और तरल की सतह ऊर्जा से जोड़ता है। पीएफए की कम सतह ऊर्जा (18{9}}20 एमएन/एम) बड़े संपर्क कोणों (आमतौर पर पिघले हुए थर्मोप्लास्टिक्स के लिए 100-120 डिग्री) की ओर ले जाती है और इसलिए फैलने के लिए कम प्रेरक शक्ति होती है। हालाँकि वास्तविक सतहें बिल्कुल सपाट नहीं होती हैं। पीएफए आवरण सूक्ष्म चोटियों और घाटियों से बना है जो एक समग्र इंटरफ़ेस बनाते हैं, जिसमें बहुलक केवल उच्चतम स्थानों से संपर्क करता है। कम ऊर्जा वाली सतह पर, खुरदरापन प्रभावी संपर्क कोण को और भी अधिक बढ़ा देता है, क्योंकि हवा या वाष्प घाटियों में फंस जाती है; इसकी भविष्यवाणी कैसी-बैक्सटर मॉडल द्वारा की गई है। इस प्रभाव का तात्पर्य है कि खुरदरी पीएफए सतहों पर पॉलिमर आसंजन में काफी कमी देखी जानी चाहिए। इस प्रवृत्ति की पुष्टि कई पॉलिमर मेल्ट के प्रायोगिक आंकड़ों से होती है: Ra=1.5 µm वाली PFA सतह का स्थिर संपर्क कोण Ra=0.1 µm वाली अन्यथा समान सतह की तुलना में 15-25 डिग्री अधिक होता है। छोटे संपर्क क्षेत्र से शुरुआत में कम गीलापन होता है, जिससे चिपकी हुई बूंदों को एक सतत फिल्म में एकत्रित होने से पहले द्रव गति या कंपन द्वारा हटाने में सुविधा होती है।
प्रतिधारण चरण एक अलग मामला है. यदि काम करने वाले तापमान पर पॉलिमर की चिपचिपाहट काफी कम है, तो जब पॉलिमर उच्चतम चोटियों को गीला कर देता है, तो केशिका बल पिघले हुए पदार्थ को घाटियों में खींच सकते हैं। खराब चिपचिपाहट (पिघल प्रवाह सूचकांक> 20 ग्राम/10 मिनट) के साथ पॉलिमर पिघलने के मामले में घाटियाँ जलाशयों के रूप में काम करती हैं जहां पॉलिमर फंस जाता है और बढ़े हुए तापमान पर लंबे समय तक रहने के कारण उत्तरोत्तर नष्ट हो जाता है। उच्च चिपचिपाहट के पिघलने (एमएफआई <5 ग्राम/10 मिनट) के मामले में पॉलिमर आसानी से उप-माइक्रोमीटर घाटियों में प्रवाहित नहीं हो सकता है और इसलिए बढ़ी हुई खुरदरापन अभी भी फायदेमंद है। महत्वपूर्ण संक्रमण लगभग 500-1,000 Pa·s श्यानता पर होता है। खुरदरी सतहों के परिणामस्वरूप इस सीमा के ऊपर कम आसंजन होता है और इसके नीचे चिकनी सतहों को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि घाटियाँ दूषण आरंभ स्थल बन जाती हैं।
कार्बोनाइजेशन और फाउल चक्र जो स्वयं को तेज करता है
तीसरा चरण सफाई के बीच व्यावहारिक सेवा जीवन को परिभाषित करता है। सतह के गर्तों या समतल सतहों पर लगे पैच में फंसे पॉलिमर का थर्मल टूटना। पॉलिमर प्रसंस्करण के लिए विशिष्ट पीएफए हीटर तापमान (शीथ सतह पर 200{9}}260 डिग्री) पर हाइड्रोकार्बन पॉलिमर श्रृंखला विखंडन और ऑक्सीकरण शुरू करते हैं। क्षरण उत्पाद स्वच्छ पीएफए (~40-50 एमएन/एम) की तुलना में उच्च सतह ऊर्जा के साथ कार्बोनेसियस चार बनाते हैं। यह चार परत आगे गीलापन और आसंजन को प्रोत्साहित करती है, जिससे एक ही स्थान पर अधिक पॉलिमर जुड़ जाता है। चार परत का इन्सुलेशन फ़ंक्शन स्थानीय म्यान तापमान को 10-30 डिग्री तक बढ़ा देता है, जिससे गिरावट तेज हो जाती है। एक बार चार बनने के बाद, पीएफए की लाभप्रद नॉन-स्टिक सुविधा खो जाती है क्योंकि पॉलिमर पीएफए से संपर्क नहीं कर रहा है, यह खराब चार से संपर्क कर रहा है। मूल पीएफए सतह की खुरदरापन के आधार पर, सफाई के दौरान पहली चार परत को हटाया जा सकता है। अधिकांश टूटने वाले उत्पादों को खत्म करने के लिए एक चिकनी पीएफए (आरए <0.2 µm) सतह को मैकेनिकल वाइपिंग या सॉल्वेंट फ्लशिंग द्वारा साफ किया जा सकता है। आक्रामक सफाई से खुरदरे पीएफए (रा > 1.0 µm) के गर्त से चार कण नहीं हटते हैं, जो पुनः आरंभ करने पर त्वरित रिफ़ॉलिंग के लिए न्यूक्लिएशन साइटों के रूप में कार्य करते हैं। गर्म पिघल चिपकने वाले एप्लिकेटर के क्षेत्र अवलोकन से प्राप्त डेटा से पता चलता है कि पीएफए-लेपित हीटरों के लिए इष्टतम 0.4 से 0.8 µm Ra की सीमा में है। यह उच्च चिपचिपाहट वाले पिघलने से प्रारंभिक गीलापन से बचने के लिए पर्याप्त मोटा है, लेकिन मानक सॉल्वैंट्स या हल्के घर्षण द्वारा चारे के अवशेषों की पूरी सफाई की अनुमति देने के लिए पर्याप्त चिकना है।
विभिन्न पॉलिमर प्रकारों के लिए खुरदरापन की इष्टतम सीमा की मात्रा निर्धारित करना।
सतह खुरदरापन विनिर्देश के लिए मात्रात्मक मार्गदर्शन विभिन्न पॉलिमर मेल्ट में डुबोए गए प्रयोगशाला - स्केल पीएफए हीटर पर नियंत्रित फाउलिंग प्रयोगों द्वारा दिया जाता है। 200-240 डिग्री पर उपचारित पॉलीओलेफ़िन पिघलने (पॉलीथीलीन, पॉलीप्रोपाइलीन) के लिए फाउलिंग दर (प्रति यूनिट हीटर सतह क्षेत्र प्रति यूनिट समय में चिपकने वाले पॉलिमर का द्रव्यमान) छह के कारक द्वारा 0.1 से 2.0 माइक्रोन तक खुरदरापन सीमा के साथ भिन्न होता है। रा=0.6–0.9 µm न्यूनतम दूषण दर देता है। एक चिकनी सतह बेहतर गीलापन देती है, जिससे एक पतली, समान, चिपकी हुई कोटिंग प्राप्त होती है जो 4 से 6 घंटों में कार्बनीकृत हो जाती है। खुरदरी सतहें पॉलिमर को घाटियों में फँसा देती हैं, और इसलिए चार नोड्यूल को अलग कर देती हैं जो 8-12 घंटों में मैक्रोस्कोपिक जमाव में बदल जाते हैं। इष्टतम खुरदरेपन के परिणामस्वरूप रुक-रुक कर संपर्क होता है, जहां पिघला हुआ बहुलक घाटियों में वायु रिक्त स्थान के साथ चोटियों के शीर्ष से संपर्क करता है और केशिका फंसने को रोकने के लिए चोटियां पर्याप्त रूप से अलग हो जाती हैं (रा=0.8 µm के लिए शिखर अंतर 50-100 µm है)। पॉलियामाइड या पॉलीकार्बोनेट जैसे उच्च तापमान (260-300 डिग्री) पर संसाधित इंजीनियरिंग थर्मोप्लास्टिक्स 1-2 घंटों के भीतर किसी भी फंसे हुए पॉलिमर चार्म को तेजी से नष्ट कर देता है। इन सामग्रियों के लिए एक चिकनी सतह (रा=0.2–0.4 µm) को प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि यह उन दरारों को कम करती है जिनमें पॉलिमर लंबे समय तक रह सकता है। उच्च प्रसंस्करण तापमान भी पीएफए को थोड़ा नरम कर देता है (हालांकि इसका गलनांक 305-315 डिग्री है), जिससे पॉलिमर के लिए कम ऊर्जा वाली सतहों को भी गीला करना आसान हो जाता है। कम स्वीकार्य सफाई अवधि का मतलब ऐसी सतहें हैं जिन्हें थोड़े से प्रयास से पूरी तरह से ठीक किया जा सकता है।
पीएफए शीथ्स - पॉलिमर पिघल सेवा खुरदरापन चयन चार्ट
नीचे दी गई तालिका पॉलिमर परिवार, प्रसंस्करण तापमान, पिघली हुई चिपचिपाहट और अपेक्षित सफाई प्रक्रिया के आधार पर पीएफए हीटर शीथ के लिए सतह खुरदरापन की सीमा प्रदान करती है। सभी दिशानिर्देश हीटिंग सतह को छूने वाले किसी भी यांत्रिक पोंछने या स्क्रेपर्स के बिना पॉलिमर पिघल में निरंतर विसर्जन का संकेत देते हैं।
पॉलिमर परिवार और प्रसंस्करण की स्थिति रा (माइक्रोन) की अनुशंसित सीमा, फाउलिंग प्रतिरोध का प्राथमिक साधन सफाई अनुकूलता
Hot melt adhesives (EVA, polyolefin) 150–180 °C high viscosity (>5,000 Pa·s) 0.7-1.0 उच्च संपर्क कोण प्रारंभिक गीलापन रोकता है उच्च चिपचिपाहट के कारण घाटियाँ हवा से भरी होती हैं, सॉल्वेंट सोख अवशेषों को हटा देता है; कोई अपघर्षक क्लीनर नहीं
पॉलीइथाइलीन (एलडीपीई, एचडीपीई), 200{5}}230 डिग्री, मध्यम चिपचिपाहट (500-2,000 Pa·s) 0.5-0.8 चार बिल्डअप के लिए गहरे गर्तों के बिना संतुलित कम गीलापन, आवधिक विलायक फ्लश या गैर बुने हुए पोंछे के साथ नरम सफाई
पॉलीप्रोपाइलीन, मध्यम चिपचिपाहट (400-1,500 Pa·s) 0.4-0.7 पीई के समान लेकिन उच्च तापमान चार फँसाने को रोकने के लिए थोड़ा चिकना ऑक्सीकृत अवशेषों के लिए क्षारीय सफाई रसायन
पॉलियामाइड (नायलॉन) 250-280 डिग्री खराब चिपचिपाहट (100-400 Pa·s) 0.2-0.4 चिकनी सतह केशिका को घाटियों में खींचने से बचाती है; उच्च तापमान पूरी तरह से सफाई की अनुमति देता है आक्रामक विलायक या कास्टिक सफाई; चिकनी सतह पूरी तरह से चारे को हटाने की अनुमति देती है पॉलीकार्बोनेट, 280-300 डिग्री, मध्यम चिपचिपाहट (50-200 पीईटी या पीबीटी पॉलिएस्टर 250-270 सी कम से मध्यम चिपचिपाहट 0.3-0.5 Pa s 0.15-0.30 दरारों में किसी भी पॉलिमर निवास से बचने के लिए बहुत चिकनी; थर्मल गिरावट जल्दी, लगातार सफाई अंतराल (प्रत्येक 8-12 घंटे); चिकनी सतह पॉलिश घाटियों (विशेष फिनिश) के साथ महत्वपूर्ण मध्यम खुरदरापन, विलायक और हल्के घर्षण के मिश्रण की आवश्यकता है
फ़्लोरोपॉलीमर पिघल (एफईपी, पीएफए ही), 320-340 डिग्री (दुर्लभ) 0.8-1.2 कठोर सतह की आवश्यकता होती है क्योंकि फ़्लोरोपॉलीमर उच्च तापमान पर भी अच्छी तरह से नहीं जुड़ते हैं शीतलन और यांत्रिक छीलन; खुरदरी सतह रिहाई में मदद करती है
पॉलिमर भराव (ग्लास फाइबर, खनिज, कार्बन ब्लैक) 0.5-0.9 के साथ पिघलता है जो भरे हुए पिघल के पालन को रोकने के लिए पर्याप्त है; भराव के कण चिकनी सतहों को घिस सकते हैं, पीएफए के अपघर्षक घिसाव के कारण खुरदरी प्रारंभिक सतह का जीवनकाल बढ़ जाता है 14।
आवश्यक खुरदरापन प्राप्त करने के लिए उत्पादन विधियाँ
मानक एक्सट्रूडेड पीएफए टयूबिंग में एक्सट्रूडेड भीतरी सतह का खुरदरापन Ra=0.3-0.6 µm होता है और बाहरी सतह का खुरदरापन Ra=0.5-1.2 µm होता है जो डाई की गुणवत्ता और शीतलन दर पर निर्भर करता है। इसकी मांग करने वाले अनुप्रयोगों के लिए बारीक खुरदरापन नियंत्रण प्राप्त करने के लिए पोस्ट {{6} एक्सट्रूज़न फिनिशिंग प्रक्रियाएं उपलब्ध हैं। क्रमिक रूप से महीन अपघर्षक मीडिया का उपयोग करके यांत्रिक पॉलिशिंग से Ra को 0.05{9}}0.1 µm तक कम किया जा सकता है, जो कम चिपचिपापन वाले उच्च तापमान वाले पॉलिमर के लिए आदर्श है। हालाँकि, पॉलिश करने से पीएफए की बाहरी कोटिंग हट जाती है और गहरे अंतराल या दूषित पदार्थ सामने आ सकते हैं। विनियमित खुरदरापन प्रदान करने का एक अधिक विश्वसनीय तरीका एक बनावट वाले एक्सट्रूज़न डाई को निर्दिष्ट करना है। पीएफए ट्यूब की बाहरी सतह को एक्सट्रूज़न के दौरान इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (ईडीएम) या लेजर टेक्सचरिंग द्वारा उपचारित सतहों से पैटर्न मिलता है। यह विधि बिना किसी द्वितीयक प्रक्रिया के एक समान, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य खुरदरापन उत्पन्न करती है। बनावट पैटर्न आइसोट्रोपिक (यादृच्छिक) हो सकता है या एक्सट्रूज़न की दिशा के समानांतर उन्मुख हो सकता है। पॉलिमर पिघल सेवा के लिए आदर्श समझौता 50-150 um की चरम दूरी के साथ एक आइसोट्रोपिक बनावट है, क्योंकि यादृच्छिक अभिविन्यास टूलींग के निशान के साथ अधिमान्य गीलापन को समाप्त करता है। एक अन्य विकल्प इलेक्ट्रोस्टैटिक पाउडर कोटिंग या डिप कोटिंग का उपयोग करके खुरदुरे धातु कोर पर पीएफए (0.1-0.3 मिमी) की एक पतली परत लगाना है। कोटिंग अंडरलेइंग धातु स्थलाकृति का आकार लेती है और सतह खुरदरापन अकेले फ्लोरोपॉलीमर के बजाय धातु सब्सट्रेट तैयारी द्वारा नियंत्रित होती है। यह मिश्रित निर्माण एक्सट्रूडेड पीएफए (±0.2–0.3 µm) की तुलना में अधिक सटीक खुरदरापन सहनशीलता (±0.05 µm) सक्षम बनाता है।
फ़ील्ड सत्यापन और रखरखाव के लिए निहितार्थ
पहले से उपयोग में आने वाले हीटरों के लिए, वास्तविक सतह खुरदरापन को पोर्टेबल प्रोफिलोमीटर या रेप्लिका टेप से मापा जा सकता है। पीएफए सतहें थर्मल उम्र बढ़ने और सफाई घर्षण से समय के साथ खराब होने के अधीन हैं। रासायनिक पारगम्यता के परिणामस्वरूप होने वाली मामूली सूजन और थर्मल साइक्लिंग के परिणामस्वरूप होने वाली सूक्ष्म दरार के कारण 2,000 ऑपरेशन घंटों के बाद Ra=0.6 µm वाले एक नए हीटर में Ra=1.2 µm विकसित हो सकता है। यदि सतह संबंधित पॉलिमर के लिए अनुशंसित उच्चतम सीमा से अधिक खुरदरी है, तो गंदगी अधिक तेजी से घटित होगी। अंतराल पर खुरदुरेपन की निगरानी से गंदगी नियंत्रण से बाहर होने से पहले पूर्वानुमानित प्रतिस्थापन की अनुमति मिलती है। महत्वपूर्ण पॉलिमर हीटिंग अनुप्रयोगों के लिए लक्ष्य मान के आसपास ±0.1 μm की सतह खुरदरापन सहनशीलता दोहराए जाने वाले प्रदर्शन की गारंटी देती है। इसके अलावा, विनिर्देश में एक पीक काउंट पैरामीटर (आरपीसी, प्रति सेंटीमीटर चोटियां) शामिल होनी चाहिए ताकि उन सतहों को रोका जा सके जो रा आवश्यकताओं को पूरा करती हैं लेकिन अनुपयुक्त पीक रिक्ति होती है {{12}एक दुर्लभ रा=0.7 µm जिसकी चोटियां 300 µm की दूरी पर होती हैं, 50 µm रिक्ति वाले समान Ra की तुलना में पॉलिमर को अलग तरह से फँसाएगा। एक पूर्ण विनिर्देश Rpc > 50 चोटियाँ/सेमी और Rz (औसत अधिकतम ऊंचाई) <5.0 um के साथ Ra=0.6 +/- 0.1 um हो सकता है। संयोजन में, ये तीन कारक अकेले रा की तुलना में पॉलिमर पिघल के साथ सतह की बातचीत का अधिक गहन विवरण देते हैं।
निष्कर्ष: मेल मेल्ट रियोलॉजी, सामान्यीकृत गैर नहीं-स्टिक असेम्प्शन, खुरदरेपन से
पीएफए की गैर-छड़ी विशेषता पॉलिमर पिघलने से चिपकने वाली गंदगी के प्रतिरोध के लिए एक आधार प्रदान करती है, लेकिन यह आधार व्यवहार में लागू होता है या नहीं, यह सतह की खुरदरापन पर निर्भर करता है। थोड़ी खुरदरी सतहें (रा=0.5-0.9 मिमी) एक समग्र वायु {{4} पॉलिमर इंटरफ़ेस को संरक्षित करके मध्यम तापमान पर उत्पादित उच्च {{3} चिपचिपाहट पिघलने की पहली गीलापन को कम करती हैं। कम चिपचिपाहट या उच्च तापमान के पिघलने के लिए चिकनी सतहें (रा=0.15-0.4 µm) सतह घाटियों में पॉलिमर के केशिका फंसाने को रोकती हैं और टूटने वाले उत्पादों को पूरी तरह से हटाने की अनुमति देती हैं। अक्सर खुरदरापन सहनशीलता के बिना "चिकना पीएफए" बताने से वास्तविक परिणाम निर्माता की डिफ़ॉल्ट विधि पर निर्भर हो जाता है, जो एक प्रकार के पॉलिमर के लिए इष्टतम हो सकता है लेकिन दूसरे के लिए नहीं। पॉलिमर मेल्ट अनुप्रयोगों के लिए पीएफए हीटर खरीदने वाले इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता से रा मान प्राप्त करना चाहिए और सतह प्रोफाइलोमेट्री रिपोर्ट का अनुरोध करना चाहिए, फिर ऊपर चयन तालिका में सिफारिशों का उपयोग करके अनुमानित फाउलिंग प्रदर्शन के साथ खुरदरापन को सहसंबंधित करना चाहिए। सबसे कम लागत, सबसे सीधा दृष्टिकोण, यदि फाउलिंग से संबंधित डाउनटाइम स्वीकार्य सीमा से अधिक हो जाता है, तो अक्सर निर्धारित सतह खुरदरापन को बदलने के लिए होता है, न कि हीटर की शक्ति या ज्यामिति को बदलने के लिए।
