Kısmen ısıtılmış yüzeylere kaplanmış polimerlerin buz tutmama özellikleri

Abstract

Yüzeylerde meydana gelen buzlanma havacılık, ulaşım, rüzgar türbinleri, radarlar, elektrik hatları, iletişim gibi pek çok alanda ciddi problemlere yol açmaktadır. Buzlanmayı önleyici yüzeylerle bu problemlerin azaltılması amaçlanmıştır. Buzlanma "aşırı soğutulmuş suyun" katı yüzeyine çarpmasıyla oluşur. Süperhidrofobik yüzeylerin buz birkiminin ve buz yapışma kuvvetininin azaltması üzerine çok sayıda çalışmalar yapılmasına rağmen aşırı soğutulmuş su ile buz oluşumu üzerine yapılan deneysel/teorik çalışma sayısı azdır. Bu tez çalışmasında, elektrotermal ve kimyasal metotlar kullanılarak buz birikiminin azaltılması amaçlandı. Elektrotermal metotta, iklimlendirme kabini içerisine yerleştirilen metal ısıtıcı levha üzerine yapıştırılan alüminyum ve teflon plakalara verilen ısı arttırılarak, -2 °C ortam sıcaklığında, 0-18 oC yüzey sıcaklığına sahip yüzeylere -0.5 °C sıcaklıktaki, aşırı soğutulmuş su püskürtüldü ve buz tutmama kapasiteleri incelendi. Ancak bu çalışmalarda plakaların 13-18 oC sıcaklıklara kadar ısıtılmasının yüksek enerji sarfı gerektirmesi bu denemelerin başarısının düşük olarak değerlendirilmesiyle sonuçlanmıştır. Kaygan sıvı içeren yüzeyler (SLIPS) kapsamında yapılan diğer çalışmalarda ise farklı konsantrasyonlarda gliserin emdirilmiş filtre kağıtlarına benzer koşullarda buz birikim testleri yapıldı. Hidrojele emdirilen (su + gliserin) karışımdaki gliserin konsantrasyonu arttırıldıkça yüzeyin buz tutmama özelliğinin iyileştiği tespit edilmiştir. Ancak filtre kağıdı endüstriyel kullanıma uygun olmadığı için polyHEMA hidrojel membranlar hazırlanarak (%85 gliserin + %15 su) karışımı emdirildi ve hazırlanan yüzeylere -2 °C'de buz birikim testleri yapıldı. Bu kaygan sıvı içeren (SLIPS) membranlar üzerinde, referans malzeme olarak kullanılan alüminyum ve PTFE yüzeylerden %75-99 daha az buz birikimi gerçekleşmiş olup sonuçlar başarılıdır.

The icing on surfaces causes serious problems in many fields, such as aviation, transportation, wind turbines, radars, power lines, telecommunications. In this work, the objective is to reduce these problems by using anti-icing surfaces. Icing occurs when a "supercooled" water droplet hit a solid surface. The number of experimental/theoretical studies on the ice formation of supercooled water was not enough, although numerous studies have been carried out on superhydrophobic surfaces to reduce ice accumulation and ice adhesion. In this thesis study, electrothermal and chemical methods have been used to reduce ice accumulation. In the electrothermal method, the heating plate was placed in the test cabinet and aluminum and teflon plates were placed on the plate and tested by spraying supercooled water (-0.5 °C) at -2 °C to investigate the anti-icing properties of the surfaces by increasing the temperature of plate between 0-18 oC. However, these experiments were unsuccesful due to the required high energy to increase the plate temperature to 13-18 oC. In the second part of study where paper and hydrogel SLIPS surfaces were examined, ice accumulation tests were carried out on filter paper impregnated with glycerin and water mixtures at different glycerin concentrations. It was determined that when the glycerin concentration was increased, the anti-icing properties of the surfaces were improved. As the filter paper was not suitable for industrial applications, polyHEMA hydrogel membranes were prepared and the hydrogel membrane test surfaces formed by impregnating with (glycerin 85% + 15% water) mixture. These hydrogel membranes were tested by spraying supercooled water (-0.5 °C) in the cabinet at -2 °C and it was determined that the ice accumulation performances of these membranes were 75-99% lower than the reference aluminum and PTFE surfaces.