Polytetrafluorethyleen, of PTFE, is een veelgebruikt materiaal dat in vrijwel elke grote industrie wordt gebruikt.Dit ultra-smerende en veelzijdige fluorpolymeer raakt iedereen, van de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie (als isolerende afdekking op bekabeling) tot het onderhoud van muziekinstrumenten (het wordt aangetroffen in de ventielolie van koper- en houtblaasinstrumenten voor gebruik op hun bewegende delen).Waarschijnlijk het bekendste gebruik ervan is het gebruik als antiaanbaklaag op potten en pannen.PTFE kan tot vormdelen worden gevormd;gebruikt als flexibele pijpverbindingen, kleplichamen, elektrische isolatoren, lagers en tandwielen;en geëxtrudeerd als buizen.
De extreme chemische bestendigheid en chemische inertheid, evenals de lichtgewicht maar toch sterke eigenschappen van PTFE, maken het zeer voordelig bij de productie en het gebruik van medische hulpmiddelen.Vanwege de buitengewoon lage wrijvingscoëfficiënt (wat een wiskundige manier is om te zeggen dat het oppervlak opmerkelijk glad is),PTFE-slangkan worden gebruikt voor het overbrengen van agressieve chemicaliën of medische hulpmiddelen waarvan de zuiverheid moet worden gehandhaafd en die tijdens een operatie veilig in het lichaam moeten worden gebracht.PTFE-slangen zijn zo glad, veerkrachtig en dun dat ze perfect zijn voor een geleidekatheter met ID (binnendiameter) waar gereedschappen zoals stents, ballonnen, atherectomie- of angioplastie-apparaten vrij doorheen moeten kunnen glijden zonder de dreiging van haken of ogen.Omdat er niets aan dit spul blijft kleven, kan het ook het vermogen van bacteriën en andere infectieuze agentia om zich aan de slangen te hechten verstoren en ziekenhuisinfecties veroorzaken.
Al deze ongelooflijke eigenschappen van PTFE betekenen dat het bijna altijd aan iets anders is gebonden.Als het wordt gebruikt als coating, als afdichtingspakking of als slang met Pebax-mantels en plastic verbindingshulzen, is het zeer waarschijnlijk dat het aan een ander materiaal moet hechten.Het is je misschien al opgevallen: niets blijft plakken aan PTFE.De eigenschappen die dit materiaal zo aantrekkelijk maken voor bedrijven in medische apparatuur zorgen vaak ook voor productie-uitdagingen tijdens de productontwikkeling en productie.Het is een enorme uitdaging om coatings, elastomeren en andere apparaatonderdelen aan PTFE te laten hechten en vereist strikte procescontroles.
Hoe maken fabrikanten dit veelgebruikte, onbindbare materiaal lijmbaar?En hoe weten ze dat het goed is behandeld of voorbereid en daadwerkelijk klaar is om te lijmen of te coaten?
Het belang van het chemisch etsen van PTFE
Om uit te leggen waarom chemisch etsen nodig is, is het noodzakelijk om te begrijpen wat de oorzaak is van het gebrek aan hechtbaarheid van PTFE.PTFE bestaat uit zeer stabiele chemische bindingen, waardoor het moeilijk is om zich met iets anders te verbinden, zelfs niet voor korte tijd.
Omdat PTFE chemisch inert is, wat betekent dat het oppervlak niet reageert met chemische moleculen waarmee het in contact komt, noch die in de lucht, noch die op het oppervlak van andere materialen, moet het oppervlak chemisch worden gemodificeerd om aan de bekabeling te kunnen worden bevestigd. metalen of buizen waarop het wordt aangebracht.
Alle adhesie is een chemisch proces waarbij de bovenste 1-5 moleculaire lagen van een oppervlak een interactie aangaan met de chemicaliën die aanwezig zijn in de bovenste 1-5 moleculaire lagen van welk oppervlak dan ook dat erop wordt aangebracht.Daarom moet het oppervlak van PTFE chemisch reactief worden gemaakt in plaats van chemisch inert om succesvol te kunnen hechten.In de materiaalkunde wordt een oppervlak dat zeer reactief is en zich graag met andere moleculen wil verbinden, een ‘hoogenergetisch oppervlak’ genoemd.PTFE moet dus worden omgezet van een “lage energie”-toestand, wat de basisconditie is, naar een “hoge energie”, hechtbare kwaliteit.
Er zijn een paar manieren om dit te doen, waaronder vacuümplasmabehandeling, en sommigen zeggen dat ze een hechtbaar oppervlak op PTFE kunnen bereiken door te schuren, te schuren of door primers te gebruiken die zijn ontworpen voor PVC of polyolefinen.De meest gebruikelijke en wetenschappelijk bewezen methode is echter een proces dat chemisch etsen wordt genoemd.
Bij het etsen worden een deel van de koolstof-fluorbindingen van PTFE (waaruit alle fluorpolymeren bestaan) verbroken, waardoor in feite de chemische eigenschappen van het geëtste gebied veranderen, waardoor het van een inert oppervlak verandert in een oppervlak dat actief is en in staat is om chemisch te interageren met andere stoffen .Het resulterende oppervlak is minder glad, maar is nu een oppervlak dat kan worden gelijmd, gegoten of gebonden aan andere materialen, en waarop het kan worden bedrukt of gegraveerd.
Het etsen wordt uitgevoerd door de PTFE in een natriumoplossing te plaatsen, zoals het veelgebruikte Tetra Etch.De resulterende chemische reactie met het oppervlak verwijdert fluormoleculen uit de koolstof-fluor-skelet van het fluorpolymeer, waardoor koolstofatomen achterblijven die een tekort aan elektronen hebben.Het vers geëtste oppervlak heeft een zeer hoge energie, en wanneer het wordt blootgesteld aan lucht, kunnen zuurstofmoleculen, waterdamp en waterstof naar binnen vliegen om de plaats van de fluormoleculen in te nemen, waardoor de elektronen kunnen worden hersteld.Dit restauratieproces resulteert in een reactieve film van moleculen op het oppervlak die hechting mogelijk maken.
Een van de mooie dingen van chemisch etsen is dat het alleen de bovenste paar moleculaire lagen kan veranderen en de rest van het PTFE intact kan laten met al zijn unieke eigenschappen.
Hoe u de consistentie van een chemisch etsproces kunt verifiëren.
De kerneigenschappen van PTFE blijven hetzelfde, omdat chemisch etsen alleen de bovenste paar moleculaire lagen aantast.De slang kan echter een bruine of lichtbruine tint vertonen.Kleurvariatie lijkt geen verband te houden met hoe hechtbaar het oppervlak is, dus gebruik deze verkleuring niet als een echte indicatie van hoe goed de PTFE is geëtst.
De beste manier om te weten of uw ets het soort oppervlak heeft gecreëerd dat u zoekt, is door een methode te gebruiken die alle professionele etsers gebruiken: het meten van de watercontacthoek.Deze techniek wordt gedaan door een druppel hooggezuiverd water op het PTFE te deponeren en te meten hoe die druppel zich gedraagt.Het kleine druppeltje zal óf opbollen omdat het meer door zichzelf wordt aangetrokken dan door de PTFE, óf het zal “bevochtigen” en plat worden tegen het oppervlak omdat het zo wordt aangetrokken door de PTFE.Over het algemeen geldt dat hoe succesvoller het chemisch etsen is, hoe lager de contacthoek (hoe vlakker de val) zal zijn.Dit wordt vaak het testen van de “bevochtigbaarheid” van het oppervlak genoemd, omdat in wezen een groter deel van het oppervlak nat wordt als het oppervlak goed wordt geëtst en de waterdruppel zich verspreidt.
De afbeeldingboventoont een bovenaanzicht van een waterdruppel (in de kleine gele en blauwe ring) op PTFE-buis voordat deze is geëtst. Zoals u kunt zien, maakt de rand van de druppel een hoek van 95 graden met het oppervlak van de druppel buis.
De afbeelding hierboven toont een soortgelijke waterdruppel die na het etsen op een PTFE-buis wordt afgezet.Je kunt zien dat de druppel zich verder heeft verspreid over het oppervlak van de buis, omdat de gele en blauwe ring groter is.Dit betekent dat de valrand een lagere contacthoek met het oppervlak van de buis creëert.En als we die hoek meten met het Surface Analyst-apparaat, waaruit beide beelden zijn genomen, zien we dat de hoek inderdaad 38 graden is.Als dat voldoet aan onze vooraf bepaalde eisen voor het aantal dat we moeten halen om ervoor te zorgen dat deze buis verlijmbaar is, dan hebben we zojuist gevalideerd dat het oppervlak voldoende is geëtst.
Voor het meest effectieve gebruik van de watercontacthoektest is het belangrijk om samen te werken met een oppervlaktewetenschapper om te begrijpen wat het ideale hoekbereik is om te bereiken na het etsen.Hierdoor kunt u een voorspelbaar hechtingsproces opbouwen op basis van een kwantificeerbare specificatie.Want als u weet dat u een oppervlak met een bepaalde contacthoek moet creëren, dan weet u dat als u dat doet, uw hechting een succes zal zijn.
Om een efficiënt etsproces te garanderen, is het bovendien belangrijk om een watercontacthoekmeting uit te voeren voordat het etsen plaatsvindt.Door een basiszuiverheidsbeoordeling te krijgen, weet u precies wat de parameters van de ets moeten zijn om aan uw contacthoekvereisten te voldoen.
Uw ets onderhouden
Een goede opslag van geëtst PTFE is essentieel voor een succesvol hechtingsproces.Opslag en inventaris vormen een Critical Control Point (CCP).Deze CCP's bevinden zich overal in het hele proces waar het oppervlak van een materiaal de kans krijgt om te veranderen, ten goede of ten kwade, en misschien onbedoeld.De opslag-CCP is van cruciaal belang voor geëtste PTFE, omdat het nieuw chemisch gereinigde oppervlak zo reactief is dat alles waarmee het in contact komt uw werk kan veranderen en aantasten.
De beste praktijk bij het bewaren van PTFE na het etsen is het gebruik van de originele verpakking waarin het is aangekomen, als deze hersluitbaar is.Als dat niet voorhanden is, zijn UV-werende zakjes een goed alternatief.Houd het PTFE zoveel mogelijk uit de buurt van lucht en vocht, en zorg ervoor dat u, voordat u eraan probeert te hechten, een contacthoekmeting uitvoert om er zeker van te zijn dat het zijn vermogen om te hechten behoudt.
PTFE is een buitengewoon materiaal met talloze toepassingen, maar om er het maximale uit te halen, moet het in de meeste gevallen chemisch worden geëtst en vervolgens worden verlijmd.Om er zeker van te zijn dat dit voldoende gebeurt, moet een test worden gebruikt die gevoelig is voor de chemische veranderingen aan het oppervlak.Werk samen met een materiaalexpert die uw productieproces begrijpt om uw ets te optimaliseren en zekerheid in uw workflow te brengen.
Posttijd: 17 juli 2023