يعد بولي تترافلوروإيثيلين، أو PTFE، مادة شائعة جدًا تستخدم على نطاق واسع في كل الصناعات الرئيسية تقريبًا.يمس هذا البوليمر الفلوري شديد التشحيم ومتعدد الاستخدامات الجميع بدءًا من صناعات الطيران والسيارات (كغطاء عازل للكابلات) وحتى صيانة الآلات الموسيقية (يوجد في زيت الصمامات النحاسية وأدوات النفخ الخشبية لاستخدامها في أجزائها المتحركة).من المحتمل أن استخدامه الأكثر شهرة هو استخدامه كسطح غير لاصق على القدور والمقالي.يمكن تشكيل PTFE إلى أجزاء مقولبة؛تستخدم كمفاصل أنابيب مرنة، وأجسام الصمامات، والعوازل الكهربائية، والمحامل، والتروس؛ومقذوف على شكل أنابيب.
إن المقاومة الكيميائية الشديدة والخمول الكيميائي، بالإضافة إلى خفة الوزن والخصائص القوية لمادة PTFE، تجعلها مفيدة للغاية في تصنيع واستخدام الأجهزة الطبية.بسبب معامل الاحتكاك المنخفض للغاية (وهي طريقة رياضية للقول بأن السطح زلق بشكل ملحوظ)،أنابيب PTFEيمكن استخدامها لنقل المواد الكيميائية القاسية أو الأدوات الطبية التي تحتاج إلى الحفاظ على نقائها وتحتاج إلى مرور آمن إلى الجسم أثناء الجراحة.تعتبر أنابيب PTFE شديدة التشحيم ومرنة ورقيقة لدرجة أنها مثالية لمعرف القسطرة التوجيهي (القطر الداخلي) حيث تحتاج أدوات مثل الدعامات أو البالونات أو استئصال الشرايين أو أجهزة رأب الأوعية الدموية إلى الانزلاق بحرية دون التعرض للتهديد بالعقبات أو العوائق.نظرًا لأن لا شيء يلتصق بهذه الأشياء، فإنه يمكن أيضًا أن يتداخل مع قدرة البكتيريا والعوامل المعدية الأخرى على الالتصاق بالأنابيب والتسبب في العدوى المكتسبة من المستشفى.
كل هذه السمات المذهلة لـ PTFE تعني أنه دائمًا ما يكون مرتبطًا بشيء آخر.إذا تم استخدامه كطلاء، أو كحشية مانعة للتسرب، أو كأنابيب مع سترات Pebax وحلقات توصيل بلاستيكية، فمن المحتمل جدًا أنه يحتاج إلى الالتزام بمادة أخرى.ربما لاحظت ما قلناه بالفعل: لا شيء يلتصق بـ PTFE.الخصائص التي تجعل هذه المادة جذابة جدًا لشركات الأجهزة الطبية تميل أيضًا إلى خلق تحديات التصنيع أثناء تطوير المنتج وإنتاجه.يعد الحصول على الطلاءات واللدائن ومكونات الجهاز الأخرى الملتصقة بـ PTFE أمرًا صعبًا للغاية ويتطلب ضوابط عملية صارمة.
إذًا، كيف يمكن للمصنعين جعل هذه المادة غير القابلة للربط والمستخدمة على نطاق واسع قابلة للربط؟وكيف يعرفون أنه قد تمت معالجته أو إعداده بشكل صحيح وأنه جاهز بالفعل للربط أو التغطية؟
أهمية النقش الكيميائي PTFE
لشرح سبب الحاجة إلى الحفر الكيميائي، من الضروري أن نفهم ما الذي يسبب افتقار PTFE إلى القدرة على الارتباط.يتكون PTFE من روابط كيميائية مستقرة جدًا، مما يجعل من الصعب عليه الانضمام إلى أي شيء آخر، ولو لفترة وجيزة.
نظرًا لأن PTFE خامل كيميائيًا، مما يعني أن السطح لا يتفاعل مع أي جزيئات كيميائية يتلامس معها، سواء تلك الموجودة في الهواء أو تلك الموجودة على سطح المواد الأخرى، فإن سطحه يحتاج إلى تعديل كيميائيًا من أجل ربطه بالكابلات، المعادن، أو الأنابيب التي يتم تطبيقها عليها.
كل الالتصاق عبارة عن عملية كيميائية حيث تتفاعل الطبقات الجزيئية العليا من 1 إلى 5 من السطح مع المواد الكيميائية الموجودة في الطبقات الجزيئية العليا من 1 إلى 5 لأي سطح يتم تطبيقه عليه.لذلك، يجب أن يكون سطح PTFE متفاعلًا كيميائيًا بدلاً من أن يكون خاملًا كيميائيًا من أجل الارتباط بنجاح.في علم المواد، يُطلق على السطح شديد التفاعل والمتحمس للارتباط مع الجزيئات الأخرى اسم "السطح عالي الطاقة".لذلك يجب أن يتم نقل PTFE من حالة "منخفضة الطاقة"، وهي شرطها الأساسي، إلى حالة "طاقة عالية" وجودة قابلة للترابط.
هناك عدة طرق للقيام بذلك، بما في ذلك معالجة البلازما الفراغية، وهناك من يقول أنه يمكنهم تحقيق سطح قابل للربط على PTFE عن طريق الصنفرة أو الكشط أو استخدام البادئات المصممة للـ PVC أو البولي أوليفينات.ومع ذلك، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا والأكثر إثباتًا علميًا هي عملية تسمى النقش الكيميائي.
يؤدي التنميش إلى كسر بعض روابط الكربون والفلور في PTFE (التي تشكل جميع البوليمرات الفلورية)، مما يؤدي في الواقع إلى تغيير الخصائص الكيميائية للمنطقة المحفورة، ونقلها من سطح خامل إلى سطح نشط وقادر على التفاعل كيميائيًا مع مواد أخرى .يكون السطح الناتج أقل تشحيمًا ولكنه الآن سطح يمكن لصقه أو تشكيله أو ربطه بمواد أخرى، بالإضافة إلى السماح بطباعته أو النقش عليه.
يتم تنفيذ النقش عن طريق وضع PTFE في محلول الصوديوم، مثل Tetra Etch الشائع الاستخدام.يؤدي التفاعل الكيميائي الناتج مع السطح إلى إزالة جزيئات الفلور من العمود الفقري لفلور الكربون في البوليمر الفلوري، مما يترك ذرات الكربون التي تعاني من نقص الإلكترونات.يتمتع السطح المحفور حديثًا بطاقة عالية جدًا، وعندما يتعرض للهواء، يُسمح لجزيئات الأكسجين وبخار الماء والهيدروجين بالتحليق لتحل محل جزيئات الفلور، مما يسمح باستعادة الإلكترونات.تؤدي عملية الترميم هذه إلى ظهور طبقة تفاعلية من الجزيئات على السطح تتيح الالتصاق.
أحد الأشياء الرائعة في التنميش الكيميائي هو أنه قادر على تغيير الطبقات الجزيئية القليلة العليا فقط وترك بقية PTFE سليمة مع جميع خصائصها الفريدة.
كيفية التحقق من اتساق عملية الحفر الكيميائي.
تظل الخصائص الأساسية لـ PTFE كما هي نظرًا لأن الحفر الكيميائي يؤثر فقط على الطبقات الجزيئية القليلة جدًا.ومع ذلك، قد يكون هناك لون بني أو أسمر في الأنابيب.لا يبدو أن اختلاف اللون يرتبط بمدى تماسك السطح، لذا لا تستخدم تغير اللون هذا كمؤشر حقيقي لمدى جودة حفر PTFE.
أفضل طريقة لمعرفة أن الحفر الخاص بك قد خلق نوع السطح الذي تبحث عنه هو استخدام الطريقة التي يستخدمها جميع الحفارين المحترفين: قياسات زاوية ملامسة الماء.يتم تنفيذ هذه التقنية عن طريق وضع قطرة من الماء عالي النقاء على PTFE وقياس سلوك تلك القطرة.إما أن القطرة الصغيرة سوف تتدلى لأنها تنجذب إلى نفسها أكثر من PTFE، أو أنها سوف "تبلل" وتتسطح على السطح لأنها تنجذب بشدة إلى PTFE.بشكل عام، كلما كان الحفر الكيميائي أكثر نجاحًا - كلما انخفضت زاوية التلامس (كلما كان الهبوط أكثر استواءً).يُشار إلى هذا غالبًا على أنه اختبار "قابلية البلل" للسطح لأنه، بشكل أساسي، إذا تم حفر السطح بشكل صحيح وانتشرت قطرة الماء، فإن المزيد من السطح يبلل.
الصورةفوقيُظهر منظرًا من أعلى إلى أسفل لقطرة ماء (داخل الحلقة الصفراء والزرقاء الصغيرة) على أنابيب PTFE قبل أن يتم حفرها. كما ترون، تشكل حافة القطرة زاوية 95 درجة مع سطح أنبوب.
تُظهر الصورة أعلاه قطرة ماء مماثلة مترسبة على أنبوب PTFE بعد حفرها.يمكنك معرفة أن القطرة قد انتشرت بشكل أكبر على سطح الأنبوب لأن الحلقة الصفراء والزرقاء أكبر.وهذا يعني أن الحافة المسقطة تخلق زاوية اتصال أقل مع سطح الأنبوب.وعند قياس تلك الزاوية بجهاز Surface Analyst الذي التقطت منه هاتان الصورتان، نجد أن الزاوية نعم هي 38 درجة.إذا كان ذلك يلبي متطلباتنا المحددة مسبقًا للرقم الذي نحتاج إلى الوصول إليه للتأكد من أن هذا الأنبوب قابل للربط، فقد تحققنا للتو من أن السطح قد تم حفره بشكل كافٍ.
لتحقيق الاستخدام الأكثر فعالية لاختبار زاوية ملامسة الماء، من المهم العمل مع أحد علماء الأسطح لفهم نطاق الزاوية المثالي الذي يجب الوصول إليه بعد الحفر.يتيح لك ذلك بناء عملية ربط يمكن التنبؤ بها بناءً على مواصفات قابلة للقياس الكمي.لأنه إذا كنت تعرف أنك بحاجة إلى إنشاء سطح بزاوية اتصال معينة، فأنت تعلم أنه عندما تفعل ذلك، فإن التصاقك سيكون ناجحًا.
بالإضافة إلى ذلك، لضمان كفاءة عملية النقش، من المهم إجراء قياس زاوية ملامسة الماء قبل إجراء النقش.يتيح لك الحصول على تقييم نظافة خط الأساس معرفة ما يجب أن تكون عليه معلمات الحفر بالضبط من أجل الوصول إلى متطلبات زاوية الاتصال الخاصة بك.
الحفاظ على الحفر الخاص بك
يعد التخزين السليم لـ PTFE المحفور أمرًا ضروريًا لعملية التصاق ناجحة.التخزين والمخزون هو نقطة التحكم الحرجة (CCP).نقاط التحكم الحرجة هذه موجودة في أي مكان من العملية برمتها حيث يكون لسطح المادة فرصة للتغيير، للأفضل أو للشر، وربما عن غير قصد.يعد تخزين CCP أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة لـ PTFE المحفور لأن السطح الذي تم تنظيفه كيميائيًا حديثًا يكون متفاعلًا للغاية بحيث يمكن لأي شيء يتلامس معه أن يغير عملك ويتحلله.
أفضل الممارسات في تخزين مادة PTFE بعد الحفر هي استخدام العبوة الأصلية التي وصلت إليها إذا كانت قابلة لإعادة الإغلاق.إذا لم يكن ذلك متاحًا، فإن الأكياس الواقية من الأشعة فوق البنفسجية هي بديل جيد.احتفظ بـ PTFE بعيدًا عن الهواء والرطوبة قدر الإمكان، وقبل محاولة الارتباط به، تأكد من إجراء قياس زاوية الاتصال للتأكد من احتفاظه بقدرته على الارتباط.
PTFE هي مادة غير عادية لها تطبيقات لا تعد ولا تحصى، ولكن للحصول على أقصى استفادة منها، يجب أن يتم حفرها كيميائيًا ثم ربطها في معظم الحالات.ولضمان القيام بذلك بشكل كافٍ، يجب استخدام اختبار حساس للتغيرات الكيميائية على السطح.كن شريكًا مع خبير مواد يفهم عملية التصنيع الخاصة بك لتحسين الحفر الخاص بك وغرس اليقين في سير عملك.
وقت النشر: 17 يوليو 2023