Kastuvuus ja vesipisaran jäätymiskäyttäytyminen termisesti ruiskutetuilla polymeeripinnoilla

Abstract

Erityisesti kylmissä olosuhteissa jään kertyminen ollut aina ongelma mekaanisille laitteille tuoden ylimääräistä rasitusta laitteelle lisääntyneen massan muodossa. Veden jäätyminen mekaanisten laitteiden pintoihin voi aiheuttaa laiterikkoja ja esimerkiksi liikennevälineissä hengenvaarallisia onnettomuuksia. Jäänestoon on kehitetty erilaisia menetelmiä, niin mekaanisia kuin kemiallisiakin, mutta nykyisten käytössä olevien menetelmien rinnalle tarvitaan parempia tapoja estää jään kertymistä laitteistoihin. Tässä kandidaatintyössä lähestytään jäänestoa pinnoitteen kehittämisen näkökulmasta tutkimalla veden kastelevia ominaisuuksia polymeerisilla näytepinnoilla eri lämpötiloissa.

Tässä työssä tutkitaan veden kastuvuusominaisuuksia termisesti ruiskutetuilla polymeeripinnoilla. Pinnoitemateriaaliksi valittiin termisesti ruiskutettava LDPE-jauhe, jota käytetään laajasti eri teollisuuden aloilla hyvien kemikaali- ja kosteudenkesto-ominaisuuksiensa vuoksi. Tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena oli selvittää lämpötilan vaikutus veden aiheuttamaan kiinteän pinnan kastumiseen. Veden kastuvuusominaisuuksia tutkittiin kolmella karheudeltaan eriävällä kiinteällä polymeeripinnalla, yhdellä nestetäytetyllä polymeeripinnalla sekä yhdellä teräksisellä referenssipinnalla. Näytteillä pyrittiin tutkimaan pinnoitteen vaikutusta kastuvuuteen. Tutkimuksen toisena tavoitteena oli osoittaa pinnoitemateriaalin hyödyt jäänestoa vaativissa kohteissa.

Viidestä näytteestä mitattiin staattiset ja dynaamiset kontaktikulmat neljässä eri lämpötilassa (25 ⁰C, 5 ⁰C, 0 ⁰C ja -5 ⁰C). Tuloksista saatiin selville, että lämpötilan laskeminen vaikuttaa erityisesti paljaiden teräspintojen kastuvuuteen ja kaikkien pintojen dynaamisiin kastuvuusominaisuuksiin. Yleisesti voidaan todeta, että lämpötilan laskeminen lähelle veden sulamispistettä, parantaa kastuvuutta ja tutkittujen pintojen hydrofiilinen luonne kasvaa. Näytteiden kastuvuuteen vaikuttivat erityisesti pinnan materiaali ja pinnankarheus. Helpoiten kastuva pinta oli teräksisessä pinnoittamattomassa referenssinäytteessä ja parhaiten kastumista hylkivä näyte oli FS-PE2_SLIPS. Saatujen mittaustulosten perusteella näyte FS-PE2_SLIPS on ylivoimaisesti paras pinnoite jäätymisenestoa ajatellen kaikissa tutkituissa lämpötiloissa. Kastumisenestossa pelkällä LDPE-pinnoitteellakin saadaan toteutettua hyvä vettä hylkivä pinta, mutta jäätymiseneston kannalta LDPE-pinnoite on kuitenkin huomattavasti heikompi verrattuna SLIPS-pinnoitteisiin. Jäänestossa kaikki tutkitut LDPE-pinnoitteet ovat kuitenkin huomattavasti referenssinäytettä parempia ja osoittavat LDPE-pinnoitteen hyödyllisyyden teräspinnoille kertyvän jään estossa teollisella pinnoitusmenetelmällä.