Le polytétrafluoroéthylène, ou PTFE, est un matériau très courant et largement utilisé dans presque toutes les grandes industries.Ce fluoropolymère ultra-lubrifiant et multi-usage touche tout le monde, depuis les industries aérospatiale et automobile (comme revêtement isolant sur les câbles) jusqu'à l'entretien des instruments de musique (on le trouve dans l'huile de valve des cuivres et des instruments à vent pour une utilisation sur leurs pièces mobiles).Son utilisation la plus connue est probablement celle de surface antiadhésive sur les casseroles et les poêles.Le PTFE peut être transformé en pièces moulées ;utilisé comme joints de tuyaux flexibles, corps de vannes, isolateurs électriques, roulements et engrenages ;et extrudé sous forme de tube.
L'extrême résistance chimique et l'inertie chimique, ainsi que les propriétés légères mais robustes du PTFE, le rendent très avantageux dans la fabrication et l'utilisation de dispositifs médicaux.En raison de son coefficient de friction extraordinairement faible (ce qui est une manière mathématique de dire que la surface est remarquablement glissante),Tube PTFEpeut être utilisé pour transférer des produits chimiques agressifs ou des outils médicaux dont la pureté doit être maintenue et qui nécessitent un passage sûr dans le corps pendant une intervention chirurgicale.Le tube en PTFE est si lubrifiant, résistant et fin qu'il est parfait pour un cathéter de guidage ID (diamètre intérieur) où des outils tels que des stents, des ballons, des dispositifs d'athérectomie ou d'angioplastie doivent glisser librement sans risque d'accrocs ou d'obstruction.Parce que rien n’adhère à ces substances, elles peuvent également interférer avec la capacité des bactéries et autres agents infectieux à adhérer aux tubulures et provoquer des infections nosocomiales.
Tous ces attributs incroyables du PTFE signifient qu’il est presque toujours lié à autre chose.S'il est utilisé comme revêtement, comme joint d'étanchéité ou comme tube avec des gaines en Pebax et des ferrules de connexion en plastique, il est très probable qu'il doive adhérer à un autre matériau.Vous avez peut-être remarqué ce que nous avons déjà dit : rien ne colle au PTFE.Les propriétés qui rendent ce matériau si attrayant pour les fabricants de dispositifs médicaux ont également tendance à créer des défis de fabrication lors du développement et de la production des produits.Faire adhérer les revêtements, les élastomères et autres composants de l'appareil au PTFE est incroyablement difficile et nécessite des contrôles de processus stricts.
Alors, comment les fabricants font-ils pour rendre adhérent ce matériau largement utilisé et non adhérent ?Et comment savent-ils qu’il a été traité ou préparé correctement et qu’il est réellement prêt à être collé ou recouvert ?
L’importance de la gravure chimique du PTFE
Pour expliquer pourquoi une gravure chimique est nécessaire, il est nécessaire de comprendre les causes du manque d'adhérence du PTFE.Le PTFE est constitué de liaisons chimiques très stables, ce qui rend difficile sa liaison avec autre chose, même brièvement.
Étant donné que le PTFE est chimiquement inerte, ce qui signifie que sa surface ne réagit pas avec les molécules chimiques avec lesquelles elle entre en contact, que ce soit celles présentes dans l'air ou celles présentes à la surface d'autres matériaux, sa surface doit être modifiée chimiquement afin de pouvoir se fixer au câblage. métaux ou tubes sur lesquels il est appliqué.
Toute adhésion est un processus chimique dans lequel les 1 à 5 couches moléculaires supérieures d'une surface interagissent avec les produits chimiques présents dans les 1 à 5 couches moléculaires supérieures de la surface qui y est appliquée.Par conséquent, la surface du PTFE doit être rendue chimiquement réactive plutôt que chimiquement inerte afin de réussir sa liaison.En science des matériaux, une surface très réactive et désireuse de se lier à d’autres molécules est appelée « surface à haute énergie ».Le PTFE doit donc passer d'un état « à faible énergie », qui est sa condition de base, à un état « à haute énergie » pouvant être collé.
Il existe plusieurs façons de procéder, y compris le traitement au plasma sous vide, et certains affirment pouvoir obtenir une surface adhérente sur le PTFE en ponçant, en abrasant ou en utilisant des apprêts conçus pour le PVC ou les polyoléfines.Cependant, la méthode la plus courante et la plus prouvée scientifiquement est un processus appelé gravure chimique.
La gravure brise certaines des liaisons carbone-fluor du PTFE (qui composent tous les fluoropolymères), modifiant ainsi les caractéristiques chimiques de la zone gravée, la faisant passer d'une surface inerte à une surface active et capable d'interagir chimiquement avec d'autres substances. .La surface résultante est moins lubrifiante mais constitue désormais une surface qui peut être collée, moulée ou liée à d'autres matériaux, tout en permettant d'y imprimer ou de la graver.
La gravure est réalisée en plaçant le PTFE dans une solution de sodium, comme le Tetra Etch couramment utilisé.La réaction chimique qui en résulte avec la surface élimine les molécules de fluor du squelette carbone-fluor du polymère fluoré, laissant des atomes de carbone déficients en électrons.La surface fraîchement gravée a une énergie très élevée et lorsqu'elle est exposée à l'air, les molécules d'oxygène, la vapeur d'eau et l'hydrogène peuvent voler pour remplacer les molécules de fluor, permettant ainsi la restauration des électrons.Ce processus de restauration aboutit à un film réactif de molécules sur la surface qui permettent l'adhésion.
L’un des avantages de la gravure chimique est qu’elle est capable de modifier uniquement les quelques couches moléculaires supérieures et de laisser le reste du PTFE intact avec toutes ses propriétés uniques.
Comment vérifier la cohérence d'un processus de gravure chimique.
Les propriétés fondamentales du PTFE restent les mêmes puisque la gravure chimique n’affecte que les toutes premières couches moléculaires.Cependant, le tube peut présenter une teinte brune ou beige.La variation de couleur ne semble pas être corrélée à la capacité de liaison de la surface. N'utilisez donc pas cette décoloration comme une véritable indication de la qualité de la gravure du PTFE.
La meilleure façon de savoir que votre gravure a créé le type de surface que vous recherchez est d'utiliser une méthode utilisée par tous les graveurs professionnels : les mesures de l'angle de contact avec l'eau.Cette technique consiste à déposer une goutte d'eau hautement purifiée sur le PTFE et à mesurer le comportement de cette goutte.La petite goutte soit perlera parce qu'elle est plus attirée par elle-même que le PTFE, soit elle « mouillera » et s'aplatira contre la surface parce qu'elle est tellement attirée par le PTFE.D'une manière générale, plus la gravure chimique est réussie, plus l'angle de contact est faible (plus la goutte est plate).Ceci est souvent appelé tester la « mouillabilité » de la surface car, essentiellement, si la surface est correctement gravée et que la goutte d’eau s’étale, une plus grande partie de la surface est mouillée.
L'imageau-dessus demontre une vue de haut en bas d'une goutte d'eau (à l'intérieur du petit anneau jaune et bleu) sur un tube en PTFE avant qu'elle ne soit gravée. Comme vous pouvez le voir, le bord de la goutte fait un angle de 95 degrés avec la surface du tube.
L'image ci-dessus montre une goutte d'eau similaire déposée sur un tube en PTFE après avoir été gravée.Vous pouvez voir que la goutte s’est étendue davantage sur la surface du tube car l’anneau jaune et bleu est plus grand.Cela signifie que le bord tombant crée un angle de contact plus faible avec la surface du tube.Et lorsque nous mesurons cet angle avec l'appareil Surface Analyst, à partir duquel ces deux images ont été prises, nous voyons que, oui, l'angle est de 38 degrés.Si cela répond à nos exigences prédéterminées concernant le nombre que nous devons atteindre pour garantir que ce tube peut être collé, alors nous venons de valider que la surface a été suffisamment gravée.
Pour une utilisation plus efficace du test d'angle de contact avec l'eau, il est important de travailler avec un spécialiste des surfaces pour comprendre quelle est la plage d'angle idéale à atteindre après votre gravure.Cela vous permet de créer un processus de liaison prévisible basé sur une spécification quantifiable.Car si vous savez que vous devez créer une surface avec un angle de contact particulier, alors vous savez que lorsque vous le ferez, votre adhésion sera un succès.
De plus, pour garantir un processus de gravure efficace, il est important de mesurer l’angle de contact avec l’eau avant la gravure.Obtenir une évaluation de propreté de base vous permet de savoir exactement quels doivent être les paramètres de gravure afin d'atteindre vos exigences en matière d'angle de contact.
Entretenir votre gravure
Un stockage approprié du PTFE gravé est essentiel à la réussite du processus d’adhésion.Le stockage et l’inventaire constituent un point critique pour la maîtrise (CCP).Ces CCP se situent à tout moment du processus où la surface d'un matériau a la possibilité de changer, pour le meilleur ou pour le pire, et peut-être involontairement.Le CCP de stockage est crucial pour le PTFE gravé, car la surface nouvellement nettoyée chimiquement est si réactive que tout ce avec quoi elle entre en contact peut altérer et dégrader votre travail.
La meilleure pratique en matière de stockage de post-gravure en PTFE consiste à utiliser l'emballage d'origine dans lequel il est arrivé s'il est refermable.Si ce n'est pas disponible, les sacs anti-UV sont une bonne alternative.Gardez le PTFE à l'abri de l'air et de l'humidité autant que possible, et avant d'essayer de s'y lier, assurez-vous de prendre une mesure de l'angle de contact pour vous assurer qu'il a conservé sa capacité à adhérer.
Le PTFE est un matériau extraordinaire avec une multitude d'applications, mais pour en tirer le meilleur parti, il doit être chimiquement gravé puis lié dans la plupart des cas.Pour garantir que cela soit effectué de manière suffisante, un test sensible aux modifications chimiques sur la surface doit être utilisé.Associez-vous à un expert en matériaux qui comprend votre processus de fabrication pour optimiser votre gravure et insuffler de la certitude dans votre flux de travail.
Heure de publication : 17 juillet 2023