ทำไมผ้าใยแก้วเคลือบซิลิโคนถึงทนต่อการกัดกร่อน?

คุณสมบัติด้านความต้านทานต่อสารเคมีของผ้าใยแก้วเคลือบซิลิโคน

ผ้าใยแก้วเคลือบซิลิโคนมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนสูงเนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีที่เฉพาะตัวและคุณสมบัติการป้องกันที่โดดเด่น ความร่วมมือระหว่างชั้นฐานใยแก้ว E-glass และชั้นเคลือบซิลิโคนเมทิล-วินิล-โพลีไดเมทิลซิลอกเซน (MVQ) สร้างชั้นกันที่ทนทานและเฉื่อยต่อสารเคมี ซึ่งเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่เข้มงวด

ความเสถียรของโมเลกุลในพอลิเมอร์ซิลิโคนภายใต้สภาวะกรดและด่าง

ซิลิโคน MVQ มีความทนทานอย่างมากเมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH สุดขั้ว แม้แต่สารเคลือบอินทรีย์มักจะเสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับกรดหรือเบส แต่ซิลิโคนมีคุณสมบัติพิเศษที่รวมองค์ประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์เข้าไว้ด้วยกัน วัสดุนี้สร้างพันธะซิลิคอน-ออกซิเจนที่แข็งแรง ซึ่งยังคงคงตัวแม้มวลโมเลกุลน้ำจะพยายามทำลายให้แยกตัวออก เนื่องจากความเสถียรทางเคมีนี้ วัสดุจึงทำงานได้อย่างสม่ำเสมอในสภาพแวดล้อมที่ค่า pH เปลี่ยนแปลงอย่างมาก ตั้งแต่สภาพที่เป็นกรดสูง (ประมาณ pH 2) ไปจนถึงสภาพที่เป็นเบสสูง (pH 12) ทำให้ซิลิโคน MVQ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในโรงงานเคมีที่มีสารกัดกร่อนเป็นประจำ หรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องทนต่อสภาพอากาศภายนอกเป็นเวลานานโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติป้องกัน

ความเฉื่อยต่อสารออกซิไดซ์และตัวทำละลายที่พบทั่วไปในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม

ชั้นเคลือบซิลิโคนไม่ค่อยเกิดปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ ตัวทำละลายต่างๆ หรือสารไฮโดรคาร์บอนที่เหลือจากเชื้อเพลิง ความเสถียรทางเคมีในลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องตัดหญ้าที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซล และเครื่องจักรอุตสาหกรรมหนัก ในพื้นที่เหล่านี้ ไอระเหยของเชื้อเพลิงและสารเคมีกัดกร่อนมักจะทำให้ชั้นเคลือบป้องกันทั่วไปเสื่อมสภาพลงตามกาลเวลา สิ่งที่ทำให้ซิลิโคนโดดเด่นคือ มันไม่บวม ไม่เหนียวเหนอะหนะ หรือละลายหายไปเหมือนชั้นเคลือบที่ทำจาก PVC หรือโพลียูรีเทนเมื่อสัมผัสกับสภาวะคล้ายกัน ซึ่งหมายความว่าการป้องกันจะคงอยู่ได้นานขึ้น โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนถ่ายอยู่บ่อยครั้ง

ข้อมูลเปรียบเทียบ: ไฟเบอร์กลาสเคลือบซิลิโคน เทียบกับแบบเคลือบ PVC และ PU ในการทดสอบการกัดกร่อนตามมาตรฐาน ASTM G101

การทดสอบตามมาตรฐาน ASTM G101 แสดงให้เห็นถึงความเหนือกว่าของไฟเบอร์กลาสที่เคลือบด้วยซิลิโคน:

ประเภทการเคลือบ	ความต้านทานกรด (pH 2)	ความต้านทานด่าง (pH 12)	ทนต่อตัวทำละลาย	อายุการใช้งานโดยประมาณ
ซิลิโคน	ไม่มีการเสื่อมสภาพ	ไม่มีการเสื่อมสภาพ	ยอดเยี่ยม	10–15 ปี
พีวีซี	การเสื่อมสภาพระดับปานกลาง	การเสื่อมสภาพรุนแรง	คนจน	3–5 ปี
PU	การเสื่อมสภาพรุนแรง	การเสื่อมสภาพระดับปานกลาง	ปานกลาง	2–4 ปี

หลังจากการสัมผัสสารเคมีอุตสาหกรรมเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง ผ้าที่เคลือบด้วยซิลิโคนยังคงรักษาความแข็งแรงดึงเดิมได้มากกว่า 95% ในขณะที่การเคลือบด้วย PVC และ PU มีการสูญเสียความแข็งแรงไป 40–60% ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

เหตุใดเสถียรภาพที่ทนต่ออุณหภูมิสูงจึงช่วยเพิ่มความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีค่าพีเอชต่ำ แทนที่จะทำให้ความสามารถลดลง

ความเสถียรทางความร้อนของซิลิโคนทำงานร่วมกันอย่างกลมกลืนกับความสามารถต้านทานสารเคมี แทนที่จะขัดแย้งกัน แม้ว่าโพลิเมอร์อินทรีย์ส่วนใหญ่จะเสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับความร้อนและสารเคมีพร้อมกัน แต่ซิลิโคนกลับมีความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โครงสร้างโมเลกุลแบบข้ามเชื่อม (crosslinked) ทำให้ไอออนที่เป็นอันตรายแทรกซึมเข้าสู่วัสดุได้ยากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูง สิ่งนี้หมายความโดยทางปฏิบัติคือ ความสามารถในการทนต่อความร้อนช่วยเสริมประสิทธิภาพในการต้านทานสารเคมีไปด้วย ในทางปฏิบัติ การรวมกันนี้ทำให้ซิลิโคนมีคุณสมบัติป้องกันพิเศษในสถานที่ที่ต้องเผชิญกับความร้อนสูงและสารกัดกร่อนพร้อมกัน เช่น ระบบไอเสียรถยนต์ หรือเปลือกอุปกรณ์ในโรงงานที่ต้องใช้งานต่อเนื่องในสภาวะที่รุนแรงทุกวัน

องค์ประกอบวัสดุแกนกลาง: การทำงานร่วมกันของ E-Glass และยางซิลิโคน

พื้นฐานไฟเบอร์กลาส E-Glass: ความแข็งแรงของโครงสร้างและการเป็นอุปสรรคต่อการแพร่กระจายของไอออน

ไฟเบอร์กลาสแบบอี-กลาส (E-glass) เป็นพื้นฐานสำคัญในงานอุตสาหกรรมหลายประเภท เนื่องจากมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม สิ่งที่ทำให้วัสดุนี้โดดเด่นคือความสามารถในการสร้างชั้นฟิล์มหนาที่แทบจะไม่สามารถซึมผ่านได้ จึงป้องกันการเคลื่อนที่ของไอออนได้อย่างมีประสิทธิภาพ การผลิตด้วยเส้นใยต่อเนื่องนี้ยังสร้างเกราะป้องกันการกัดกร่อน ช่วยกันสารเคมีที่เป็นอันตรายไม่ให้สัมผัสกับพื้นผิวโลหะด้านล่าง อีกทั้งยังเป็นวัสดุอนินทรีย์โดยธรรมชาติ จึงไม่เสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับสารเคมีต่างๆ และรักษารูปร่างไว้ได้แม้ใช้งานมาหลายปี นอกจากนี้อย่าลืมถึงปัจจัยเรื่องอุณหภูมิ เนื่องจากอี-กลาสมีอัตราการขยายตัวจากความร้อนต่ำมาก จึงทนต่ออุณหภูมิสูงหรือต่ำอย่างรุนแรงได้โดยไม่เกิดการแตกร้าวตามกาลเวลา หมายความว่าอุปกรณ์ที่ใช้วัสดุพื้นฐานนี้จะมีความน่าเชื่อถือได้นานกว่า โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ซึ่งวัสดุทั่วไปมักจะล้มเหลว

ซิลิโคนรับเบอร์โค้ทติ้ง: กลไกการข้ามพันธะของเมทิล-วินิล-โพลีไดเมทิลไซลอกเซน (MVQ)

ชั้นเคลือบซิลิโคน MVQ ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตินัมในการบ่ม ซึ่งจะสร้างโครงสร้างเครือข่ายข้ามมิติ 3D พิเศษนี้ขึ้นมา สิ่งที่ทำให้วัสดุนี้โดดเด่นคือ ความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชัน ความเสียหายจากรังสี UV และการซึมผ่านของสารเคมี ทั้งยังคงความยืดหยุ่นได้ดีแม้อุณหภูมิจะต่ำกว่าจุดเยือกแข็งหรือสูงเกิน 250 องศาเซลเซียส พื้นผิวยังมีคุณสมบัติกันน้ำได้ดีเยี่ยม โดยมีค่าพลังงานผิวต่ำกว่า 25 mN/m คุณสมบัตินี้ช่วยป้องกันอิเล็กโทรไลต์ไม่ให้เกาะติดกับวัสดุ จึงช่วยป้องกันปัญหาการกัดกร่อนแบบเกลวานิกที่อาจเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรงเมื่อมีการสัมผัสกันระหว่างโลหะต่างชนิด

ประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมและกลางแจ้งที่รุนแรง

ผ้าไฟเบอร์กลาสเคลือบซิลิโคนมีความโดดเด่นในงานประยุกต์ที่ต้องการความทนทาน โดยยังคงความสมบูรณ์ของโครงสร้างและทางเคมี แม้ต้องเผชิญกับสภาวะสุดขั้วเป็นเวลานาน

ผลการดำเนินงานในสนามจริงระยะยาวในโรงงานแปรรูปสารเคมี: การศึกษาของบริษัทดาว เคมิคัล ระยะเวลา 5 ปี (2021)

บริษัทดาว เคมิคัล ได้ดำเนินการทดสอบภาคสนามในปี 2021 เพื่อศึกษาประสิทธิภาพของผ้าชนิดนี้ในสภาพแวดล้อมการแปรรูปทางเคมีเป็นระยะเวลาห้าปี พบว่าเมื่อนำตัวอย่างไปวางไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีการสัมผัสกับไอกรดและอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงรุนแรงอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่ลบ 40 องศาเซลเซียส จนถึง 200 องศาเซลเซียส ไม่มีอาการแตกร้าวหรือชั้นวัสดุลอกออกเลย ที่น่าประทับใจยิ่งกว่านั้นคือ วัสดุเหล่านี้ยังคงความแข็งแรงดึง (tensile strength) ไว้ได้ประมาณ 95% ตลอดช่วงเวลาการทดสอบ ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสามารถของวัสดุในการใช้งานได้อย่างยาวนานภายใต้สภาวะที่รุนแรง ทำให้มีข้อได้เปรียบอย่างชัดเจนเมื่อเทียบกับตัวเลือกเคลือบผิวอื่นๆ ที่มีอยู่ในตลาดในปัจจุบัน

ความต้านทานต่อไอเชื้อเพลิงดีเซลและผลพลอยได้จากไฮโดรคาร์บอนในตู้เครื่องตัดหญ้าดีเซล

ในเครื่องตัดหญ้าดีเซลและอุปกรณ์กำลังไฟฟ้ากลางแจ้ง ผ้าใยสังเคราะห์ทนต่อไอเชื้อเพลิงและผลพลอยได้จากไฮโดรคาร์บอนโดยไม่ดูดซึมหรือบวม พื้นผิวซิลิโคนที่ไม่พรุนช่วยรักษาความสมบูรณ์ของชั้นกันกั้นในพื้นที่ปิดที่มีการสะสมของไอระเหย ปกป้องชิ้นส่วนที่ไวต่อการเสื่อมสภาพ และรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ตลอดระยะเวลานาน

คุณสมบัติหลักของชั้นเคลือบซิลิโคนที่ป้องกันการกัดกร่อนตามกาลเวลา

พลังงานพื้นผิวแบบกันน้ำ (<25 mN/m) ลดการยึดเกาะของอิเล็กโทรไลต์และการกัดกร่อนแบบเกลวานิก

ซิลิโคนเคลือบมีระดับพลังงานผิวต่ำมาก ต่ำกว่า 25 mN/m ซึ่งทำให้มันมีคุณสมบัติทนน้ำได้ดีเยี่ยม แล้วนั่นหมายความว่าอย่างไรในทางปฏิบัติ? ก็หมายความว่ามันไม่ชอบน้ำหรืออิเล็กโทรไลต์กัดกร่อนที่เป็นอันตรายที่อาจเกาะอยู่บนพื้นผิว เมื่อวัสดุถูกทิ้งไว้ในพื้นที่ที่มีฝนกรด หรือมีเกลือจากการพัดพามาจากลมทะเล หรือมีสารเคมีกระเด็นใส่พื้นผิว ชั้นเคลือบเหล่านี้จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ น้ำจะรวมตัวเป็นเม็ดกลมๆ แล้วไหลหลุดออกไปแทนที่จะเกาะค้างอยู่ ส่วนที่ดีที่สุดคือการป้องกันนี้สามารถคงอยู่ได้นานโดยไม่จำเป็นต้องทำ treatments เพิ่มเติมในอนาคต และยังคงรักษาระดับประสิทธิภาพแม้จะถูกสัมผัสกับสภาวะที่รุนแรงซ้ำแล้วซ้ำเล่า

การกลับคืนตัวทางความร้อนและการซ่อมแซมตัวเองของไมโครครัคที่อุณหภูมิ 200°C

สารเคลือบซิลิโคนสามารถย้อนกลับความเสียหายได้เมื่อถูกให้ความร้อน ซึ่งหมายความว่ามันสามารถซ่อมแซมรอยแตกเล็กๆ ด้วยตัวเองที่อุณหภูมิประมาณ 200 องศาเซลเซียส หากเกิดรอยขีดข่วนหรือสึกหรอจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง โมเลกุลยาวภายในจะจัดเรียงตัวเองใหม่อีกครั้งเมื่อได้รับความร้อน สิ่งนี้ช่วยแก้ไขจุดที่อาจเริ่มก่อตัวเป็นสนิมได้ สำหรับสิ่งของที่ต้องใช้งานยาวนานในสภาพแวดล้อมร้อน เช่น ชิ้นส่วนไอเสียรถยนต์ คุณสมบัติการซ่อมแซมตัวเองนี้มีความสำคัญมาก เพราะสารเคลือบทั่วไปมักเสื่อมสภาพหลังจากเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหลายครั้ง สิ่งที่ทำให้วัสดุเหล่านี้ทำงานได้ดีคือความสามารถในการคงความยืดหยุ่นไว้ แม้จะต้องป้องกันการสึกหรอตลอดเวลา ผู้ผลิตส่วนใหญ่เพิ่งสังเกตเห็นข้อได้เปรียบนี้ในผลิตภัณฑ์ของตนไม่นานมานี้

คำถามที่พบบ่อย

อะไรทำให้สารเคลือบซิลิโคนมีความเสถียรทางเคมี

สารเคลือบซิลิโคนมีความเสถียรทางเคมีเนื่องจากพันธะซิลิคอน-ออกซิเจนที่แข็งแรง ซึ่งยังคงอยู่ intact แม้ในสภาวะ pH สุดขั้ว ช่วยปกป้องพื้นผิวจากรอยกัดกร่อนจากสารเคมี

ซิลิโคนเคลือบไฟเบอร์กลาสเปรียบเทียบกับพีวีซีและพียูเคลือบอย่างไร

ซิลิโคนเคลือบไฟเบอร์กลาสมีความเหนือกว่าในด้านความต้านทานทางเคมีและความทนทาน โดยมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าพีวีซีและพียูเคลือบอย่างมาก ซึ่งจะเกิดการเสื่อมสภาพภายใต้สภาวะอุตสาหกรรม

ข้อดีของชั้นเคลือบซิลิโคนในด้านเสถียรภาพอุณหภูมิคืออะไร

ชั้นเคลือบซิลิโคนมีความต้านทานทางเคมีที่ดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลแบบข้ามเชื่อม ซึ่งให้การป้องกันที่ยอดเยี่ยมในสภาวะแวดล้อมที่มีทั้งความร้อนและสารกัดกร่อน

ซับสเตรต E-glass มีส่วนช่วยในการต้านทานการกัดกร่อนอย่างไร

ซับสเตรต E-glass ให้ความแข็งแรงของโครงสร้างและทำหน้าที่เป็นเกราะกั้นการแพร่ของไอออน ป้องกันไม่ให้สารเคมีที่ก่อให้เกิดความเสียหายซึมผ่านและกัดกร่อนพื้นผิวโลหะด้านล่าง