Какъв е потенциалът на самовъзстановяващите се покрития за удължаване на живота на повърхностите на нагревателните плочи?

Когато незалепващото покритие на нагревателната плоча бъде надраскано, влагата или киселините могат да навредят на метала отдолу. Нов клас самовъзстановяващи се покрития може самостоятелно да поправи драскотина и да възстанови защитата без необходимост от човешко участие. Тези покрития представляват малки сфери, натъпкани с течност, които се отварят при нараняване. В продължение на много години защитните покрития на промишлени нагревателни плочи-независимо дали тефлон-базирани не-залепващи покрития, керамични покрития или флуорополимерни бариери-са страдали от основен недостатък: защитната бариера е необратимо отслабена, ако бъде надраскана или повредена. Откритият метален субстрат е податлив на замърсяване, корозия и ранна повреда. Тази парадигма е на път да се промени благодарение на-самовъзстановяващите се покрития, технология, която напредна от лабораторно любопитство до ранна комерсиализация в няколко индустрии. Последствията за повърхностите на нагревателните плочи далеч надхвърлят обикновената издръжливост и включват ремонтируеми покрития, които активно предотвратяват повреда в продължение на дълъг експлоатационен живот.

Процесът: Изисквайте-лечебни микрокапсули
Подобно на жива кожа, покритието се лекува само. Самовъзстановяващото се покритие е по-скоро умна композитна система, отколкото единичен материал. Милиарди малки капсули, всяка с течен лечебен агент и, в някои формулировки, диспергиран катализатор, са вградени в матрицата на покритието. Тези капсули обикновено са с диаметър между 10 и 100 микрометра. Този дизайн се нарича външна система за само-лечение, тъй като външни агенти, за разлика от присъщите материални качества, осигуряват лечебната способност-13.

Микрокапсулите, които са на пътя на счупване, се разкъсват, когато драскотина, пукнатина или друго механично увреждане пробие покритието. Лечебният агент се освобождава от това разкъсване и навлиза в наранената зона чрез капилярно действие. След това започва реакция на полимеризация, когато освободеният химикал влезе в контакт с катализатора, разпръснат в матрицата на покритието. В рамките на 15 до 30 секунди лечебната съставка във формули, създадени за промишлена употреба, полимеризира, запечатвайки драскотината, затваряйки празнината и връщайки 85 до 95% от оригиналните свойства на материала-1. След това заздравената бариера възобновява своята защитна роля, като предпазва корозивната среда от проникване в подлежащия метал и, в случай на незалепващи покрития, запазва характеристиките на освобождаване в запечатаната област.

Други -архитектури за самовъзстановяване се изследват в допълнение към устройствата,-базирани на микрокапсули. За да се осигури дългосрочна -анти{4}}защита от корозия, покрития-по-слой, които използват динамични ковалентни връзки-като Шиф-основни връзки в полидиметилсилоксанови матрици-са съчетани с PTFE горни покрития. Тези покрития осигуряват повторяеми{11}}възможности за заздравяване. Еластомери, които се само-заздравяват за няколко минути, като същевременно запазват-незалепващи повърхности, са произведени с помощта на флуорирани полимерни системи, които използват отблъскваща сегрегация на флуороалкилни странични вериги-65. Тези методи показват разнообразието от-техники за самолечение, които се разработват, въпреки че все още са предимно в изследователски етап за приложения при високи температури.

От повърхностна функционалност до защита от корозия
Най-обширното утвърждаване на само{0}}технологията за самовъзстановяване е намерено в анти{1}}корозионните покрития. Всяка година корозията причинява над 700 милиарда долара икономически загуби в световен мащаб или повече от 3% от световния БВП-13. Конвенционалните анти{8}}корозионни покрития просто служат като пасивни бариери, предлагащи защита до настъпване на повреда, в който момент корозията започва и се разпространява дори от минимална открита зона-13. За разлика от това, самовъзстановяващите се покрития имитират биологични имунни системи, като придават на материалите активна реакция, която разпознава нараняване и инициира възстановяване при източника-13.

Предотвратяването на корозия е само едно предимство за нагревателните повърхности на плочите. Качествата на незалепващата повърхност или повърхността с ниско{2}}триене също са от съществено значение за много промишлени нагревателни плочи, особено в приложения, включващи обработка на полимери, контакт с храни или работа с лепило. В допълнение към излагането на металния субстрат на корозия, драскотина, която прониква през незалепващото PTFE покритие, осигурява локализирана зона, където обработените материали могат да полепнат, което води до изгаряне, замърсяване и неравномерно нагряване. За да се поддържа както защитата, така и ефективността, само-версиите на тези покрития могат автоматично да възстановят незалепващата функция на мястото на надраскване.

Трудността: Работа при високи температури
Въпреки че тази технология за високо{0}}температурни работни настройки все още е в начален стадий, идеята е интригуваща. Термичната стабилност е най-голямата пречка пред използването на само-възстановяващи се покрития върху повърхностите на нагревателните плочи. По-голямата част от успешните -лечебни системи, базирани на микрокапсули, са създадени за приложения при околна или леко повишена температура, като се използват основни материали като дициклопентадиен, епоксидни смоли, изоцианати или изсушаващи масла-13. При температури над приблизително 150-200 градуса, техните лечебни агенти и материалите на стените на капсулата започват да се влошават или преждевременно да се разкъсват.

Въпреки това, в зависимост от приложението, нагревателните плочи могат да работят постоянно при температури, вариращи от 80 градуса до доста над 200 градуса. Незалепващите покрития, направени от PTFE, обикновено са предназначени за продължителна употреба до 260 градуса, с кратко излагане на по-високи температури. При тези условия самовъзстановяваща се-добавка, която се разгражда при 180 градуса, не би била много полезна.

Напредък в термичната стабилност
Изследването на термично стабилни само-системи за самовъзстановяване се развива бързо. В сравнение с традиционните капсули, микрокапсулите с обвивки от полиметилметакрилат, подсилени с функционализирани много-стенни въглеродни нанотръби, показват по-висока термична стабилност. Материалите на черупката са направени да издържат на обработка и работни температури до 200 градуса -39. За да се създадат слоести структури от боросиликатно стъкло, оксиди и силикати, които показват само{9}}възстановяващи се свойства при температури между 1400 и 1600 градуса -много по-високи от обхвата на полимерни-базирани нагревателни плочи-керамични-самовъзстановяващи се-покрития са разработени с помощта на искрова плазма синтероване за приложения при ултра-високи температури.

Следващата стъпка е или да се проектират микрокапсули с термично стабилни обвивни материали (като кръстосано-свързана урея-формалдехид или меламин-формалдехидни смоли) или да се премине към присъщи само-възстановяващи се механизми, които не разчитат на капсулирани течности за междинния температурен диапазон, подходящ за нагревателни плочи с PTFE- покритие, което е приблизително 100–260 градуса. Обещаваща присъща стратегия, която функционира при високи температури без капсулиращи химикали, е представена от флуорополимерни самовъзстановяващи се еластомери, които постигат бързо заздравяване чрез отблъскваща сегрегация на флуороалкилни странични вериги-65.

Настояща ситуация и пътища за прилагане
Самовъзстановяващите се антикорозионни-покрития се преместиха от академични изследвания към ранна индустриална употреба в индустрии като защита на тръбопроводи, автомобилостроене и мореплаване-13. Ефективните промишлени приложения обаче остават рядкост и преводът от лабораторни постижения към търговска реалност продължава да се сблъсква с предизвикателства-13. Специално за повърхности на нагревателни плочи, достъпните в търговската мрежа самовъзстановяващи се PTFE покрития понастоящем не са обичайно предлагане на продукти.

Технологичната траектория обаче е очевидна. Покритията, които съчетават присъщите на PTFE незалепващи и -устойчиви качества с -способности за самовъзстановяване, са в центъра на активното проучване. Двуслоен метод, например, съчетава само-възстановяваща се полидиметилсилоксанова матрица като основен защитен слой с добавен към повърхността PTFE тънък филм, за да се предотврати взаимодействието с вода и да се запази дългосрочната-работа-66. Проучванията разкриха, че такива двуслойни структури осигуряват ефективна устойчивост на корозия без-надраскване и път за дългосрочно метално екраниране.

За производителите на нагревателни плочи и промишлените крайни-потребители най-голямата непосредствена полза от самовъзстановяващите се покрития може да бъде удълженото време между нанасянето на повторно покритие. Текущите PTFE покрития върху нагревателните плочи често изискват повторно нанасяне или подмяна след няколко години експлоатация, в зависимост от тежестта на механичното износване, излагането на химикали и температурните цикли. Самовъзстановяващо се покритие, което самостоятелно поправя малки драскотини и повреди от абразия, когато възникнат, може да удвои или утрои ефективния експлоатационен живот, преди да се наложи ново покритие. Силно предложение за стойност за високо{6}}производителни промишлени операции е намаляването на разходите за труд, времето на престой и използването на покривен материал.

Био-вдъхновение и перспективи
Изследванията на материалите стават все по-био-вдъхновени, вземайки подсказки от естествения свят. Само-възстановяването е естествена черта на биоразнообразните растителни и животински царства, усъвършенствана от еволюцията-49. Растенията ограничават щетите чрез компартментализация; бозайниците постигат изцеление чрез съсирване; и двете използват циркулационни мрежи или капсули, за да разпределят ремонтни химикали до ранените места-49. Самовъзстановяващото се покритие на базата на микрокапсула- е директен инженерен превод на тези естествени стратегии – синтетична „съдова система“, вградена в покритието, готова да реагира, когато повърхностната бариера бъде пробита.

В бъдеще самовъзстановяващите се покрития за нагревателни плочи вероятно ще се развият по различни оси:

Много{0}}цикълен лечебен капацитет: Повечето съществуващи системи могат да лекуват всяко наранено място само веднъж, тъй като микрокапсулите в този регион се изразходват. Полимерите с памет на формата и обратимите ковалентни връзки се обединяват, за да позволят множество лечебни цикли на едно и също място-1.

Задействано от стимул -срещу автономно лечение: Въпреки че автономното лечение (предизвикано-освобождаване без външна намеса) е за предпочитане, някои приложения могат да се възползват от термично задействани или pH-задействани освобождаващи системи, които могат да бъдат инициирани при поискване-56.

Интегриране с мониторинг на състоянието: Вградените флуоресцентни или колориметрични индикатори в микрокапсулите могат да предоставят визуално предупреждение за увреждане, което позволява на операторите да откриват места, където е настъпило заздравяване-или където лечебният агент е изчерпан-.

Устойчиви химикали: Био{0}}базираните терапевтични агенти и безвредните за околната среда материали за капсули са в процес на изследване, съответствайки на по-широките индустриални тенденции към намаляване на отпечатъка върху околната среда.

В заключение
Самовъзстановяващите се покрития представляват следващото развитие в защитните повърхности, обещаващи нагревателни плочи, които предпазват от леки повреди и издържат по-дълго. Механизмът-микрокапсули от лечебни агенти, които се разкъсват и полимеризират при надраскване-е доказан в лаборатория и избрани търговски настройки за-устойчиви на корозия приложения. Основната техническа бариера за приложенията на нагревателни плочи е разширяването на термичната стабилност на тези системи до работен диапазон от 100–260 градуса на повърхности с PTFE-покритие, предизвикателство, което се решава чрез термично устойчиви обвивки на капсули, флуорополимерни само-възстановяващи се матрици и керамични-базирани високо{11}}температурни алтернативи. Докато самовъзстановяващите се PTFE покрития понастоящем не са стоков продукт, основната наука за материалите се подобрява бързо и първите, които ги възприемат в специфични промишлени приложения за отопление, може да видят търговски опции през следващите няколко години. За индустрия, която измерва живота на оборудването в години и повторното покритие в месеци, възможното разширяване на сервизните интервали чрез автономен, био-вдъхновен ремонт е тенденция, която си заслужава да бъде наблюдавана.