Po pięciu miesiącach pracy zakład wykańczania metali wyciągnął grzałkę zanurzeniową z PTFE z alkalicznego zbiornika czyszczącego. Powierzchnię osłony pokryto twardą, szklistą powłoką, która była odporna na usunięcie przez rozcieńczony kwas. Zespół konserwacyjny musiał użyć dłuta, aby oderwać folię, która spowodowała wyrycie PTFE w kilku miejscach. Film nie był zwykłą łuską węglanu wapnia. Było to szkło krzemianowe, które wtopiło się w powierzchnię grzejnika.
Folie ze szkła krzemianowego należą do najbardziej trwałych osadów występujących na grzałkach zanurzeniowych PTFE. Tworzą się w alkalicznych kąpielach czyszczących zawierających krzemian sodu, powszechny dodatek stosowany do buforowania, hamowania korozji i tworzenia zawiesiny gleby. Krzemian polimeryzuje na gorących powierzchniach, tworząc-szklaną warstwę, która wiąże się chemicznie z PTFE.
Dlaczego na gorących powierzchniach tworzą się filmy krzemianowe
Krzemian sodu jest mieszaniną tlenku sodu i dwutlenku krzemu. W roztworze występuje w postaci jonów krzemianowych. Kiedy roztwór styka się z gorącą powierzchnią, krzemian polimeryzuje-jony krzemianu łączą się ze sobą, tworząc długie łańcuchy i sieci. Polimeryzacja jest napędzana temperaturą i odparowaniem wody na gorącej powierzchni.
Spolimeryzowany krzemian tworzy film, który jest twardy, odporny chemicznie i ściśle związany z powierzchnią. Warstwa narasta w miarę odkładania się większej ilości krzemianów. Z biegiem czasu staje się grubszy i bardziej szklany-. W przeciwieństwie do zgorzeliny węglanowej, która przylega poprzez mechaniczne blokowanie, folie krzemianowe wiążą się chemicznie z powierzchnią PTFE.
| Stężenie krzemianów | Temperatura kąpieli | Temperatura powierzchni osłony | Szybkość tworzenia filmu | Czas na film o grubości 1 mm |
|---|---|---|---|---|
| 1–2% | 60 stopni | 75 stopni | Niski | 6–12 miesięcy |
| 2–4% | 70 stopni | 85 stopni | Umiarkowany | 3–6 miesięcy |
| 4–6% | 75 stopni | 95 stopni | Wysoki | 6–12 tygodni |
| >6% | 80 stopni | 105 stopni + | Bardzo wysoki | 3–6 tygodni |
Szybkość tworzenia filmu krzemianowego w funkcji stężenia i temperatury osłony
Dlaczego filmy krzemianowe są bardziej szkodliwe niż kamień węglanowy
Zgorzelina węglanowa jest stosunkowo miękka i porowata. Przylega poprzez mechaniczne blokowanie i słabe siły van der Waalsa. Rozcieńczony kwas rozpuszcza go, a powierzchnia PTFE pod spodem pozostaje zwykle nienaruszona.
Folie krzemianowe są różne. Są twarde, gęste i chemicznie związane z PTFE. Sieć krzemianowa tworzy wiązania kowalencyjne z powierzchnią polimeru. Film nie rozpuszcza się w kwasie. Wymaga czyszczenia alkalicznego lub usunięcia mechanicznego.
Mechaniczne usuwanie-skrobanie, dłutowanie lub obróbka strumieniowo-ścierna-uszkadza PTFE i tworzy miejsca zarodkowania, w których w przyszłości powstanie powłoka. Uszkodzone obszary są bardziej podatne na wiązanie krzemianowe niż oryginalna gładka powierzchnia.
Rola temperatury powierzchni osłony
Szybkość polimeryzacji krzemianu wzrasta wraz z temperaturą. Wzrost o każde 10 stopni z grubsza podwaja tę wartość. Grzejnik pracujący przy temperaturze powierzchni 95 stopni tworzy warstwę krzemianową dwa razy szybciej niż grzejnik przy 85 stopniach.
Temperatura powierzchni zależy od gęstości watów i warunków przepływu. Grzejnik pracujący przy 1,4 W/cm² w umiarkowanie mieszanej kąpieli może mieć temperaturę powierzchniową o 15–20 stopni wyższą od masy. Grzejnik o mocy 0,9 W/cm² może mieć temperaturę powierzchniową jedynie 10–12 stopni powyżej masy. Niższa gęstość watów obniża temperaturę powierzchni i spowalnia tworzenie się filmu.
Zapobieganie tworzeniu się filmu krzemianowego
Najbardziej skuteczną profilaktyką jest obniżenie temperatury powierzchni osłony. Niższa gęstość watów utrzymuje chłodniejszą powierzchnię i spowalnia szybkość polimeryzacji. Utworzenie folii o grubości 1 mm w przypadku grzejnika pracującego z mocą 0,9 W/cm² może zająć dwa razy więcej czasu niż w przypadku folii o mocy 1,4 W/cm².
Wypolerowana powierzchnia zmniejsza siłę przylegania powłoki silikatowej. Gładka powierzchnia zapewnia mniej miejsc zarodkowania i mniej mechanicznego blokowania. Powierzchnie polerowane wydłużają okres czyszczenia o 30–50% w porównaniu do powierzchni standardowych.
Regularne czyszczenie usuwa warstwę, zanim stanie się gęsta i trwała. Cienka warstwa jest łatwiejsza do usunięcia niż gruba. Częstotliwość czyszczenia powinna opierać się na wynikach kontroli, a nie na ustalonym kalendarzu.
| Środek zapobiegawczy | Wpływ na powstawanie filmu | Realizacja |
|---|---|---|
| Niższa gęstość watów, 0,9 W/cm² | Wolniejsza polimeryzacja | Projekt grzejnika |
| Polerowana powierzchnia | Zmniejszona przyczepność | Wykończenie grzejnika |
| Regularne czyszczenie | Zapobiega tworzeniu się grubego filmu | Harmonogram konserwacji |
| Zmniejszone stężenie krzemianów | Niższy współczynnik osadzania | Kontrola chemii kąpieli |
Środki zapobiegające tworzeniu się filmu krzemianowego w alkalicznych środkach czyszczących
Czyszczenie folii silikatowych bez uszkadzania grzejnika
Folie krzemianowe nie rozpuszczają się w kwasie. Wymagają czyszczenia alkalicznego lub usunięcia mechanicznego.
Alkaliczny roztwór czyszczący-zazwyczaj 5–10% wodorotlenku sodu o temperaturze 50–60 stopni -może zmiękczyć warstwę krzemianową i umożliwić jej wyczesanie. Roztwór czyszczący należy rozprowadzać lub mieszać, aby utrzymać kontakt z folią. Po czyszczeniu należy sprawdzić grzałkę, aby upewnić się, że folia została usunięta.
Usunięcie mechaniczne powinno być ostatecznością. Jeśli konieczne jest usunięcie mechaniczne, należy użyć plastikowego skrobaka lub miękkiej szczotki. Nie używaj szczotek drucianych, skrobaków metalowych ani podkładek ściernych, ponieważ mogą one uszkodzić PTFE.
Kiedy folia krzemianowa wskazuje na problem ze specyfikacją
Grzejnik, na którym pomimo regularnego czyszczenia tworzą się grube warstwy krzemianowe, wskazuje, że grzejnik pracuje z mocą watową, która jest zbyt wysoka w stosunku do składu chemicznego kąpieli. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE o niższej gęstości mocy, polerowanej powierzchni i większej powierzchni eliminuje pierwotną przyczynę osadzania się krzemianów. Proces specyfikacji wymaga składu chemicznego kąpieli, stężenia krzemianów, temperatury roboczej i wymaganej mocy. W przypadku obiektów, w których stosuje się alkaliczne środki czyszczące-zawierające krzemiany, to-podejście specyficzne dla danego zastosowania ogranicza tworzenie się filmu i wydłuża żywotność grzejnika.
