Το πολυτετραφθοροαιθυλένιο, ή PTFE, είναι ένα πολύ κοινό υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως σε σχεδόν κάθε μεγάλη βιομηχανία.Αυτό το εξαιρετικά λιπαντικό και πολλαπλών χρήσεων φθοριοπολυμερές αγγίζει τους πάντες, από την αεροδιαστημική και την αυτοκινητοβιομηχανία (ως μονωτικό κάλυμμα στην καλωδίωση) έως τη συντήρηση μουσικών οργάνων (βρίσκεται στα ορειχάλκινα και ξύλινα πνευστά όργανα βαλβίδας για χρήση στα κινούμενα μέρη τους).Πιθανώς η πιο διάσημη χρήση του χρησιμοποιείται ως αντικολλητική επιφάνεια σε κατσαρόλες και τηγάνια.Το PTFE μπορεί να διαμορφωθεί σε χυτά μέρη.χρησιμοποιείται ως εύκαμπτοι σύνδεσμοι σωλήνων, σώματα βαλβίδων, ηλεκτρικοί μονωτές, ρουλεμάν και γρανάζια.και εξωθήθηκε ως σωλήνας.
Η εξαιρετική χημική αντοχή και η χημική αδράνεια, καθώς και οι ελαφριές αλλά ισχυρές ιδιότητες του PTFE, το καθιστούν εξαιρετικά πλεονεκτικό για την κατασκευή και τη χρήση ιατροτεχνολογικών προϊόντων.Λόγω του εξαιρετικά χαμηλού συντελεστή τριβής του (που είναι ένας μαθηματικός τρόπος να πούμε ότι η επιφάνεια είναι εντυπωσιακά ολισθηρή),Σωλήνωση PTFEμπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά σκληρών χημικών ή ιατρικών εργαλείων των οποίων η καθαρότητα πρέπει να διατηρηθεί και χρειάζονται ασφαλή διέλευση στο σώμα κατά τη διάρκεια της επέμβασης.Η σωλήνωση PTFE είναι τόσο λιπαντική, ελαστική και λεπτή που είναι ιδανική για αναγνωριστικό καθετήρα καθοδήγησης (εσωτερική διάμετρος) όπου εργαλεία όπως στεντ, μπαλόνια, αθηρεκτομή ή συσκευές αγγειοπλαστικής πρέπει να γλιστρούν ελεύθερα χωρίς την απειλή εμπλοκών ή απόφραξης.Επειδή τίποτα δεν κολλάει σε αυτό το υλικό, μπορεί επίσης να επηρεάσει την ικανότητα των βακτηρίων και άλλων μολυσματικών παραγόντων να προσκολλώνται στον σωλήνα και να προκαλούν λοιμώξεις που αποκτώνται από το νοσοκομείο.
Όλα αυτά τα απίστευτα χαρακτηριστικά του PTFE σημαίνουν ότι είναι σχεδόν πάντα συνδεδεμένο με κάτι άλλο.Εάν χρησιμοποιείται ως επίστρωση, ως στεγανοποιητικό παρέμβυσμα ή ως σωλήνωση με μπουφάν Pebax και πλαστικά συνδετικά λάστιχα, είναι πολύ πιθανό να χρειαστεί να κολλήσει σε άλλο υλικό.Ίσως έχετε παρατηρήσει αυτό που είπαμε ήδη: τίποτα δεν κολλάει στο PTFE.Οι ιδιότητες που κάνουν αυτό το υλικό τόσο ελκυστικό για τις εταιρείες ιατρικών συσκευών τείνουν επίσης να δημιουργούν προκλήσεις κατασκευής κατά την ανάπτυξη και παραγωγή προϊόντων.Η προσκόλληση των επιστρώσεων, των ελαστομερών και άλλων εξαρτημάτων της συσκευής στο PTFE είναι απίστευτα δύσκολη και απαιτεί αυστηρούς ελέγχους της διαδικασίας.
Λοιπόν, πώς οι κατασκευαστές κάνουν αυτό το ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό που δεν συγκολλάται;Και πώς ξέρουν ότι έχει υποστεί σωστή επεξεργασία ή προετοιμασία και είναι πραγματικά έτοιμο να κολλήσει ή να επικαλυφθεί;
Η σημασία της χημικής χάραξης PTFE
Για να εξηγήσουμε γιατί απαιτείται χημική χάραξη, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τι προκαλεί την έλλειψη κολλητικότητας του PTFE.Το PTFE αποτελείται από πολύ σταθερούς χημικούς δεσμούς, οι οποίοι δυσκολεύουν τη σύνδεσή του με οτιδήποτε άλλο, έστω και για λίγο.
Δεδομένου ότι το PTFE είναι χημικά αδρανές, που σημαίνει ότι η επιφάνεια δεν αντιδρά με χημικά μόρια με τα οποία έρχεται σε επαφή, είτε με αυτά στον αέρα είτε με εκείνα που βρίσκονται στην επιφάνεια άλλων υλικών, η επιφάνειά του πρέπει να τροποποιηθεί χημικά για να συνδεθεί με την καλωδίωση. μέταλλα ή σωλήνες στους οποίους εφαρμόζεται.
Όλη η προσκόλληση είναι μια χημική διαδικασία κατά την οποία τα κορυφαία 1-5 μοριακά στρώματα μιας επιφάνειας αλληλεπιδρούν με τα χημικά που υπάρχουν στα κορυφαία 1-5 μοριακά στρώματα οποιασδήποτε επιφάνειας εφαρμόζεται σε αυτήν.Επομένως, η επιφάνεια του PTFE πρέπει να γίνει χημικά αντιδραστική σε αντίθεση με χημικά αδρανής για να συνδεθεί με επιτυχία.Στην Επιστήμη των Υλικών, μια επιφάνεια που είναι εξαιρετικά αντιδραστική και πρόθυμη να συνδεθεί με άλλα μόρια ονομάζεται «επιφάνεια υψηλής ενέργειας».Επομένως, το PTFE πρέπει να μετατραπεί από κατάσταση «χαμηλής ενέργειας», που είναι η βασική του κατάσταση, σε ποιότητα «υψηλής ενέργειας», συνδεόμενη.
Υπάρχουν μερικοί τρόποι για να το κάνετε αυτό, συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας πλάσματος κενού, και υπάρχουν μερικοί που λένε ότι μπορούν να επιτύχουν μια συγκολλούμενη επιφάνεια σε PTFE με τρίψιμο, τρίψιμο ή χρησιμοποιώντας αστάρια που έχουν σχεδιαστεί για PVC ή πολυολεφίνες.Ωστόσο, η πιο κοινή και πιο επιστημονικά αποδεδειγμένη μέθοδος είναι μια διαδικασία που ονομάζεται χημική χάραξη.
Η χάραξη σπάει ορισμένους από τους δεσμούς άνθρακα-φθορίου του PTFE (που αποτελούν όλα τα φθοροπολυμερή), στην πραγματικότητα, αλλάζοντας τα χημικά χαρακτηριστικά της χαραγμένης περιοχής, μεταφέροντάς την από μια αδρανή επιφάνεια σε μια που είναι ενεργή και ικανή να αλληλεπιδράσει χημικά με άλλες ουσίες .Η επιφάνεια που προκύπτει είναι λιγότερο λιπαντική, αλλά τώρα είναι μια επιφάνεια που μπορεί να κολληθεί, να καλουπωθεί ή να συγκολληθεί σε άλλα υλικά, καθώς και να της επιτρέψει να εκτυπωθεί ή να χαραχθεί.
Η χάραξη πραγματοποιείται τοποθετώντας το PTFE σε διάλυμα νατρίου, όπως το συνήθως χρησιμοποιούμενο Tetra Etch.Η προκύπτουσα χημική αντίδραση με την επιφάνεια αφαιρεί μόρια φθορίου από τη ραχοκοκαλιά άνθρακα-φθορίου του φθοροπολυμερούς αφήνοντας άτομα άνθρακα που είναι ελλιπή σε ηλεκτρόνια.Η πρόσφατα χαραγμένη επιφάνεια έχει πολύ υψηλή ενέργεια και όταν εκτίθεται στον αέρα, τα μόρια οξυγόνου, οι υδρατμοί και το υδρογόνο αφήνονται να πετάξουν μέσα για να πάρουν τη θέση των μορίων φθορίου, επιτρέποντας την αποκατάσταση των ηλεκτρονίων.Αυτή η διαδικασία αποκατάστασης έχει ως αποτέλεσμα ένα αντιδραστικό φιλμ μορίων στην επιφάνεια που επιτρέπει την πρόσφυση.
Ένα από τα σπουδαία πράγματα σχετικά με τη χημική χάραξη είναι ότι μπορεί να αλλάξει μόνο τα κορυφαία μοριακά στρώματα και να αφήσει το υπόλοιπο PTFE ανέπαφο με όλες τις μοναδικές του ιδιότητες.
Πώς να επαληθεύσετε τη συνοχή μιας διαδικασίας χημικής χάραξης.
Οι βασικές ιδιότητες του PTFE παραμένουν οι ίδιες αφού η χημική χάραξη επηρεάζει μόνο τα πολύ κορυφαία μοριακά στρώματα.Ωστόσο, μπορεί να υπάρχει καφέ ή καστανή απόχρωση στη σωλήνωση.Η χρωματική διακύμανση δεν φαίνεται να σχετίζεται με το πόσο συγκολλήσιμη είναι η επιφάνεια, επομένως μην χρησιμοποιείτε αυτόν τον αποχρωματισμό ως πραγματική ένδειξη του πόσο καλά χαράχθηκε το PTFE.
Ο καλύτερος τρόπος για να γνωρίζετε ότι η χάραξη σας δημιούργησε το είδος της επιφάνειας που αναζητάτε είναι να χρησιμοποιήσετε μια μέθοδο που χρησιμοποιούν όλοι οι επαγγελματίες χαρακτήρες: μετρήσεις γωνίας επαφής με το νερό.Αυτή η τεχνική γίνεται με την εναπόθεση μιας σταγόνας πολύ καθαρού νερού στο PTFE και τη μέτρηση της συμπεριφοράς αυτής της σταγόνας.Η μικροσκοπική σταγόνα είτε θα κολλήσει επειδή έλκεται περισσότερο από τον εαυτό της από το PTFE, είτε θα «βρέξει» και θα ισοπεδωθεί στην επιφάνεια επειδή έλκεται πολύ από το PTFE.Σε γενικές γραμμές, όσο πιο επιτυχημένη είναι η χημική χάραξη - τόσο χαμηλότερη θα είναι η γωνία επαφής (, τόσο πιο επίπεδη είναι η πτώση).Αυτό αναφέρεται συχνά ως δοκιμή της «διαβρεξιμότητας» της επιφάνειας επειδή, ουσιαστικά, εάν η επιφάνεια είναι σωστά χαραγμένη και η σταγόνα νερού απλωθεί, περισσότερο από την επιφάνεια βραχεί.
Η εικόναπάνω απόδείχνει μια όψη από πάνω προς τα κάτω μιας σταγόνας νερού (μέσα στον μικρό κίτρινο και μπλε δακτύλιο) στη σωλήνωση PTFE πριν από την χάραξη. Όπως μπορείτε να δείτε, η άκρη της σταγόνας κάνει μια γωνία 95 μοιρών με την επιφάνεια του σωλήνας.
Η παραπάνω εικόνα δείχνει μια παρόμοια σταγόνα νερού που εναποτίθεται σε ένα σωλήνα PTFE μετά τη χάραξη.Μπορείτε να πείτε ότι η σταγόνα έχει εξαπλωθεί περαιτέρω στην επιφάνεια του σωλήνα επειδή ο κίτρινος και μπλε δακτύλιος είναι μεγαλύτερος.Αυτό σημαίνει ότι η άκρη πτώσης δημιουργεί μια χαμηλότερη γωνία επαφής με την επιφάνεια του σωλήνα.Και όταν μετράμε αυτή τη γωνία με τη συσκευή Surface Analyst, από την οποία έχουν ληφθεί και οι δύο αυτές εικόνες, βλέπουμε ότι, ναι, η γωνία είναι 38 μοίρες.Εάν αυτό πληροί τις προκαθορισμένες απαιτήσεις μας για τον αριθμό που πρέπει να χτυπήσουμε για να διασφαλίσουμε ότι αυτός ο σωλήνας είναι κολλητός, τότε μόλις επικυρώσαμε ότι η επιφάνεια έχει χαραχθεί επαρκώς.
Για την πιο αποτελεσματική χρήση της δοκιμής γωνίας επαφής με το νερό, είναι σημαντικό να συνεργαστείτε με έναν Surface Scientist για να κατανοήσετε ποιο είναι το ιδανικό εύρος γωνίας για να φτάσετε μετά την χάραξη.Αυτό σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια προβλέψιμη διαδικασία συγκόλλησης με βάση μια μετρήσιμη προδιαγραφή.Γιατί αν γνωρίζετε ότι πρέπει να δημιουργήσετε μια επιφάνεια με μια συγκεκριμένη γωνία επαφής, τότε ξέρετε ότι όταν το κάνετε, η πρόσφυσή σας θα είναι επιτυχής.
Επιπλέον, για να διασφαλιστεί μια αποτελεσματική διαδικασία χάραξης, είναι σημαντικό να μετρήσετε τη γωνία επαφής με το νερό πριν πραγματοποιηθεί η χάραξη.Η λήψη μιας βασικής αξιολόγησης καθαριότητας σάς επιτρέπει να γνωρίζετε ακριβώς ποιες πρέπει να είναι οι παράμετροι της χάραξης για να καλύψετε τις απαιτήσεις γωνίας επαφής σας.
Διατήρηση του Etch σας
Η σωστή αποθήκευση του χαραγμένου PTFE είναι απαραίτητη για μια επιτυχημένη διαδικασία πρόσφυσης.Η αποθήκευση και το απόθεμα είναι ένα κρίσιμο σημείο ελέγχου (CCP).Αυτά τα CCP βρίσκονται οπουδήποτε σε ολόκληρη τη διαδικασία όπου η επιφάνεια ενός υλικού έχει την ευκαιρία να αλλάξει, για καλό ή για κακό, και ίσως ακούσια.Το CCP αποθήκευσης είναι ζωτικής σημασίας για το χαραγμένο PTFE, επειδή η πρόσφατα καθαρισμένη χημικά επιφάνεια είναι τόσο αντιδραστική που οτιδήποτε έρχεται σε επαφή μπορεί να αλλάξει και να υποβαθμίσει την εργασία σας.
Η καλύτερη πρακτική για την αποθήκευση PTFE post-etch είναι να χρησιμοποιείτε την αρχική συσκευασία στην οποία έφτασε, εάν είναι επανασφραγιζόμενη.Εάν αυτό δεν είναι διαθέσιμο, τότε οι σακούλες που εμποδίζουν την υπεριώδη ακτινοβολία είναι μια καλή εναλλακτική.Κρατήστε το PTFE μακριά από τον αέρα και την υγρασία όσο το δυνατόν περισσότερο και προτού προσπαθήσετε να το κολλήσετε, βεβαιωθείτε ότι έχετε μετρήσει τη γωνία επαφής για να βεβαιωθείτε ότι έχει διατηρήσει την ικανότητά του να κολλάει.
Το PTFE είναι ένα εξαιρετικό υλικό με μυριάδες εφαρμογές, αλλά για να αξιοποιήσετε στο έπακρο, πρέπει να χαραχθεί χημικά και στη συνέχεια να συγκολληθεί στις περισσότερες περιπτώσεις.Για να διασφαλιστεί ότι αυτό γίνεται επαρκώς, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια δοκιμή που είναι ευαίσθητη στις χημικές αλλαγές στην επιφάνεια.Συνεργαστείτε με έναν ειδικό στα υλικά που κατανοεί τη διαδικασία κατασκευής σας για να βελτιστοποιήσετε τη χάραξη και να ενσταλάξετε τη βεβαιότητα στη ροή εργασίας σας.
Ώρα δημοσίευσης: 17 Ιουλίου 2023