Polytetrafluorethylen, eller PTFE, er et meget almindeligt materiale, der er meget udbredt i næsten alle større industrier.Denne ultra-smørende og multi-anvendelige fluorpolymer berører alle fra rumfarts- og bilindustrien (som et isolerende dæksel på kabler) til vedligeholdelse af musikinstrumenter (det findes i ventilolie, messing- og træblæseinstrumenter til brug på deres bevægelige dele).Sandsynligvis den mest berømte brug bruges som non-stick overflade på gryder og pander.PTFE kan formes til støbte dele;bruges som fleksible rørsamlinger, ventilhuse, elektriske isolatorer, lejer og gear;og ekstruderet som rør.
Den ekstreme kemiske resistens og kemiske inertitet, samt de lette, men stærke egenskaber ved PTFE, gør det yderst fordelagtigt ved fremstilling og brug af medicinsk udstyr.På grund af dens ekstraordinært lave friktionskoefficient (som er en matematisk måde at sige, at overfladen er bemærkelsesværdig glat),PTFE rørkan bruges til at overføre skrappe kemikalier eller medicinske værktøjer, hvis renhed skal opretholdes og har brug for sikker passage ind i kroppen under operationen.PTFE-slanger er så smørende, elastiske og tynde, at de er perfekte til et vejledende kateter-ID (indvendig diameter), hvor værktøjer som stents, balloner, aterektomi eller angioplastikanordninger skal glide frit igennem uden trussel om hakker eller obstruktion.Fordi intet klæber til disse ting, kan det også forstyrre bakteriers og andre smitsomme stoffers evne til at klæbe til slanger og forårsage hospitalserhvervede infektioner.
Alle disse utrolige egenskaber ved PTFE betyder, at det næsten altid er bundet til noget andet.Hvis det bruges som en belægning, som en tætningspakning eller som slange med Pebax-kapper og plastforbindelseshylstre, er det meget sandsynligt, at det skal klæbe til et andet materiale.Du har måske bemærket, hvad vi allerede sagde: intet klæber til PTFE.De egenskaber, der gør dette materiale så attraktivt for virksomheder inden for medicinsk udstyr, har også en tendens til at skabe produktionsudfordringer under produktudvikling og produktion.At få belægninger, elastomerer og andre enhedskomponenter til at klæbe til PTFE er utroligt udfordrende og kræver streng proceskontrol.
Så hvordan gør producenterne dette udbredte, ikke-bindbare materiale bindbart?Og hvordan ved de, at det er blevet behandlet eller forberedt ordentligt og faktisk er klar til at binde eller belægge?
Vigtigheden af kemisk ætsning af PTFE
For at forklare, hvorfor kemisk ætsning er nødvendig, er det nødvendigt at forstå, hvad der forårsager PTFEs manglende bindbarhed.PTFE er opbygget af meget stabile kemiske bindinger, som gør det svært for det at forbinde til noget andet, selv kortvarigt.
Da PTFE er kemisk inert, hvilket betyder, at overfladen ikke reagerer med nogen kemiske molekyler, den kommer i kontakt med, hverken i luften eller på overfladen af andre materialer, skal dens overflade modificeres kemisk for at kunne fastgøres til kabler, metaller eller rør, det bliver påført.
Al adhæsion er en kemisk proces, hvor de øverste 1-5 molekylære lag af en overflade interagerer med kemikalierne, der er til stede i de øverste 1-5 molekylære lag af hvilken som helst overflade, der påføres den.Derfor skal overfladen af PTFE gøres kemisk reaktiv i modsætning til kemisk inert for at binde med succes.I Materials Science kaldes en overflade, der er meget reaktiv og ivrig efter at binde sig til andre molekyler, en "højenergioverflade."Så PTFE skal tages fra en "lavenergi"-tilstand, som er dens basistilstand, til en "højenergi", bindbar kvalitet.
Der er et par måder at gøre dette på, herunder vakuum plasmabehandling, og der er nogle, der siger, at de kan opnå en limbar overflade på PTFE ved at slibe, slibe eller bruge primere, der er designet til PVC eller polyolefiner.Den mest almindelige og mest videnskabeligt beviste metode er dog en proces kaldet kemisk ætsning.
Ætsning bryder nogle af kulstof-fluor-bindingerne af PTFE (som udgør alle fluorpolymerer), hvilket i realiteten ændrer de kemiske egenskaber af det ætsede område, og tager det fra en inert overflade til en, der er aktiv og i stand til kemisk at interagere med andre stoffer .Den resulterende overflade er mindre smørende, men er nu en overflade, der kan limes, støbes eller limes til andre materialer, samt tillader den at blive printet eller graveret på.
Ætsning udføres ved at placere PTFE i en natriumopløsning, som den almindeligt anvendte Tetra Etch.Den resulterende kemiske reaktion med overfladen fjerner fluormolekyler fra carbon-fluor-rygraden i fluorpolymeren og efterlader carbonatomer, der mangler elektroner.Den friskætsede overflade har meget høj energi, og når den udsættes for luft, får iltmolekyler, vanddamp og brint lov til at flyve ind for at træde i stedet for fluormolekylerne, hvilket muliggør genoprettelse af elektronerne.Denne restaureringsproces resulterer i en reaktiv film af molekyler på overfladen, som muliggør vedhæftning.
En af de fantastiske ting ved kemisk ætsning er, at den er i stand til at ændre kun de øverste få molekylære lag og efterlade resten af PTFE intakt med alle dens unikke egenskaber.
Sådan verificeres konsistensen af en kemisk ætsningsproces.
Kerneegenskaberne af PTFE forbliver de samme, da kemisk ætsning kun påvirker de allerøverste få molekylære lag.Der kan dog være en brun eller solbrun farve på slangen.Farvevariation ser ikke ud til at korrelere med, hvor bindbar overfladen er, så brug ikke denne misfarvning som en reel indikation af, hvor godt PTFE var ætset.
Den bedste måde at vide, at din ætsning skabte den slags overflade, du leder efter, er at bruge en metode, som alle professionelle ætsere bruger: måling af vandkontaktvinkel.Denne teknik udføres ved at afsætte en dråbe meget renset vand på PTFE og måle, hvordan den dråbe opfører sig.Den lille dråbe vil enten perle op, fordi den er mere tiltrukket af sig selv end PTFE, eller den vil "væde ud" og flade mod overfladen, fordi den er så tiltrukket af PTFE.Generelt set, jo mere vellykket den kemiske ætsning er - jo lavere vil kontaktvinklen (jo fladere dråbe) være.Dette omtales ofte som at teste overfladens "fugtelighed", fordi i det væsentlige, hvis overfladen er ordentligt ætset, og vanddråben spredes ud, bliver mere af overfladen våd.
Billedetoverviser et top-down billede af en dråbe vand (inde i den lille gule og blå ring) på PTFE-slangen, før den er blevet ætset. Som du kan se, danner kanten af dråben en 95-graders vinkel med overfladen af rør.
Billedet ovenfor viser en lignende dråbe vand aflejret på et PTFE-rør efter at være blevet ætset.Du kan se, at dråben har spredt sig længere ud på overfladen af røret, fordi den gule og blå ring er større.Dette betyder, at faldkanten skaber en lavere kontaktvinkel med rørets overflade.Og når vi måler den vinkel med Surface Analyst-enheden, som begge disse billeder blev taget fra, ser vi, at, ja, vinklen er 38 grader.Hvis det opfylder vores forudbestemte krav til det tal, vi skal ramme for at sikre, at dette rør kan bindes, så har vi netop valideret, at overfladen er blevet ætset tilstrækkeligt.
For den mest effektive brug af vandkontaktvinkeltesten er det vigtigt at arbejde sammen med en Surface Scientist for at forstå, hvad der er det ideelle vinkelområde at nå efter din ætsning.Dette giver dig mulighed for at bygge en forudsigelig bindingsproces baseret på en kvantificerbar specifikation.For hvis du ved, at du skal skabe en overflade med en bestemt kontaktvinkel, så ved du, at når du gør det, bliver din vedhæftning en succes.
For at sikre en effektiv ætsningsproces er det desuden vigtigt at tage en vandkontaktvinkelmåling, før ætsningen finder sted.At få en baseline renhedsvurdering giver dig mulighed for at vide præcis, hvad parametrene for ætsningen skal være for at nå dine kontaktvinkelkrav.
Vedligeholdelse af din Etch
Korrekt opbevaring af ætset PTFE er afgørende for en vellykket adhæsionsproces.Opbevaring og inventar er et Critical Control Point (CCP).Disse CCP'er er hvor som helst i hele processen, hvor overfladen af et materiale har en mulighed for at ændre sig, på godt og ondt, og måske utilsigtet.Opbevarings-CCP er afgørende for ætset PTFE, fordi den nyligt kemisk rensede overflade er så reaktiv, at alt, hvad den kommer i kontakt med, kan ændre og forringe dit arbejde.
Den bedste praksis ved opbevaring af PTFE efter ætsning er at bruge den originale emballage, den ankom i, hvis den kan genlukkes.Hvis det ikke er tilgængeligt, så er UV-blokerende poser et godt alternativ.Hold PTFE væk fra luft og fugt så meget som muligt, og før du prøver at binde til det, skal du sørge for at måle kontaktvinkel for at sikre, at det har bevaret sin evne til at binde.
PTFE er et ekstraordinært materiale med utallige anvendelser, men for at få mest muligt ud af det, skal det i de fleste tilfælde ætses kemisk og derefter bindes.For at sikre, at dette gøres tilstrækkeligt, skal der anvendes en test, der er følsom over for de kemiske ændringer på overfladen.Partner med en materialeekspert, der forstår din fremstillingsproces for at optimere din ætsning og indgyde sikkerhed i din arbejdsgang.
Indlægstid: 17-jul-2023