Polytetrafluoretylen, eller PTFE, er et veldig vanlig materiale som er mye brukt i nesten alle større industrier.Denne ultra-smørende og flerbruksfluorpolymeren berører alle, fra romfarts- og bilindustrien (som et isolerende deksel på kabling) til vedlikehold av musikkinstrumenter (det finnes i ventilolje messing- og treblåseinstrumenter for bruk på deres bevegelige deler).Sannsynligvis den mest kjente bruken brukes som en non-stick overflate på gryter og panner.PTFE kan formes til støpte deler;brukes som fleksible rørskjøter, ventilhus, elektriske isolatorer, lagre og gir;og ekstrudert som rør.
Den ekstreme kjemiske motstanden og kjemiske tregheten, samt de lette, men sterke egenskapene til PTFE, gjør det svært fordelaktig ved produksjon og bruk av medisinsk utstyr.På grunn av dens usedvanlig lave friksjonskoeffisient (som er en matematisk måte å si at overflaten er bemerkelsesverdig glatt),PTFE-rørkan brukes til å overføre sterke kjemikalier eller medisinske verktøy hvis renhet må opprettholdes og trenger trygg passasje inn i kroppen under operasjonen.PTFE-slanger er så smørende, spenstige og tynne at den er perfekt for en veiledende kateter-ID (innvendig diameter) der verktøy som stenter, ballonger, aterektomi eller angioplastikk må gli fritt gjennom uten trussel om hakker eller hindringer.Fordi ingenting fester seg til dette, kan det også forstyrre evnen til bakterier og andre smittsomme stoffer til å feste seg til slanger og forårsake sykehusinfeksjoner.
Alle disse utrolige egenskapene til PTFE betyr at det nesten alltid er knyttet til noe annet.Hvis det brukes som et belegg, som en tetningspakning eller som rør med Pebax-kapper og plastforbindelseshylser, er det svært sannsynlig at det må feste seg til et annet materiale.Du har kanskje lagt merke til det vi allerede sa: ingenting fester seg til PTFE.Egenskapene som gjør dette materialet så attraktivt for bedrifter innen medisinsk utstyr har også en tendens til å skape produksjonsutfordringer under produktutvikling og produksjon.Å få belegg, elastomerer og andre enhetskomponenter til å feste seg til PTFE er utrolig utfordrende og krever strenge prosesskontroller.
Så hvordan gjør produsenter dette mye brukte, ubindbare materialet bindbart?Og hvordan vet de at den har blitt behandlet eller forberedt på riktig måte og faktisk er klar til å lime eller belegge?
Viktigheten av kjemisk etsing av PTFE
For å forklare hvorfor kjemisk etsing er nødvendig, er det nødvendig å forstå hva som forårsaker PTFEs mangel på bindbarhet.PTFE består av svært stabile kjemiske bindinger, som gjør det vanskelig for det å koble seg til noe annet, selv kortvarig.
Siden PTFE er kjemisk inert, noe som betyr at overflaten ikke reagerer med noen kjemiske molekyler den kommer i kontakt med, verken de i luften eller de på overflaten av andre materialer, må overflaten modifiseres kjemisk for å festes til kabling, metaller eller rør det påføres.
All adhesjon er en kjemisk prosess der de øverste 1-5 molekylære lagene på en overflate samhandler med kjemikaliene som er tilstede i de øverste 1-5 molekylære lagene av hvilken som helst overflate som påføres den.Derfor må overflaten av PTFE gjøres kjemisk reaktiv i motsetning til kjemisk inert for å binde seg vellykket.I materialvitenskap kalles en overflate som er svært reaktiv og ivrig etter å binde seg til andre molekyler en "høyenergioverflate."Så PTFE må tas fra en "lavenergi"-tilstand, som er dens grunntilstand, til en "høyenergi", bindbar kvalitet.
Det er noen måter å gjøre dette på, inkludert vakuumplasmabehandling, og det er noen som sier at de kan oppnå en limbar overflate på PTFE ved å slipe, slipe eller bruke primere som er designet for PVC eller polyolefiner.Imidlertid er den vanligste og mest vitenskapelig beviste metoden en prosess som kalles kjemisk etsing.
Etsing bryter noen av karbon-fluorbindingene til PTFE (som utgjør alle fluorpolymerer), og endrer faktisk de kjemiske egenskapene til det etsede området, og tar det fra en inert overflate til en som er aktiv og i stand til å kjemisk samhandle med andre stoffer .Den resulterende overflaten er mindre smørende, men er nå en overflate som kan limes, støpes eller limes til andre materialer, i tillegg til at den kan trykkes eller graveres på.
Etsing utføres ved å plassere PTFE i en natriumløsning, som den ofte brukte Tetra Etch.Den resulterende kjemiske reaksjonen med overflaten fjerner fluormolekyler fra karbon-fluor-ryggraden i fluorpolymeren og etterlater karbonatomer som mangler elektroner.Den nyetsede overflaten har svært høy energi, og når den utsettes for luft, får oksygenmolekyler, vanndamp og hydrogen fly inn for å ta plassen til fluormolekylene, noe som tillater gjenoppretting av elektronene.Denne restaureringsprosessen resulterer i en reaktiv film av molekyler på overflaten som muliggjør adhesjon.
En av de flotte tingene med kjemisk etsing er at den er i stand til å endre bare de få molekylære lagene og la resten av PTFE være intakt med alle dens unike egenskaper.
Hvordan verifisere konsistensen til en kjemisk etseprosess.
Kjerneegenskapene til PTFE forblir de samme siden kjemisk etsing bare påvirker de aller øverste molekyllagene.Imidlertid kan det være en brun eller brunfarge farge på slangen.Fargevariasjon ser ikke ut til å korrelere med hvor bindbar overflaten er, så ikke bruk denne misfargingen som en reell indikasjon på hvor godt PTFE ble etset.
Den beste måten å vite at etsingen din skapte den typen overflate du leter etter, er å bruke en metode alle profesjonelle etsere bruker: målinger av vannkontaktvinkel.Denne teknikken gjøres ved å deponere en dråpe høyt renset vann på PTFE og måle hvordan den dråpen oppfører seg.Den lille dråpen vil enten perle opp fordi den er mer tiltrukket av seg selv enn PTFE, eller den vil "våte ut" og flate mot overflaten fordi den er så tiltrukket av PTFE.Generelt sett, jo mer vellykket den kjemiske etsingen - jo lavere kontaktvinkel (jo flatere dråpe) vil være.Dette blir ofte referert til som å teste overflatens "fuktbarhet", fordi i hovedsak, hvis overflaten er ordentlig etset og vanndråpen sprer seg ut, blir mer av overflaten våt.
Bildetovenforviser et sett ovenfra og ned av en vanndråpe (inne i den lille gule og blå ringen) på PTFE-slangen før den har blitt etset. Som du kan se, danner kanten av dråpen en 95-graders vinkel med overflaten til rør.
Bildet ovenfor viser en lignende dråpe vann avsatt på et PTFE-rør etter å ha blitt etset.Du kan se at dråpen har spredt seg lenger ut på overflaten av røret fordi den gule og blå ringen er større.Dette betyr at fallkanten skaper en lavere kontaktvinkel med overflaten av røret.Og når vi måler den vinkelen med Surface Analyst-enheten, som begge disse bildene ble tatt fra, ser vi at, ja, vinkelen er 38 grader.Hvis det oppfyller våre forhåndsbestemte krav til tallet vi må treffe for å sikre at dette røret er bindbart, så har vi nettopp validert at overflaten er etset tilstrekkelig.
For den mest effektive bruken av vannkontaktvinkeltesten, er det viktig å samarbeide med en Surface Scientist for å forstå hva som er det ideelle vinkelområdet å nå etter etsningen.Dette lar deg bygge en forutsigbar bindingsprosess basert på en kvantifiserbar spesifikasjon.For hvis du vet at du trenger å lage en overflate med en spesiell kontaktvinkel, så vet du at når du gjør det, vil vedheftingen din bli en suksess.
I tillegg, for å sikre en effektiv etseprosess, er det viktig å ta en vannkontaktvinkelmåling før etsingen finner sted.Å få en grunnleggende renslighetsvurdering lar deg vite nøyaktig hva parametrene til etsningen må være for å nå dine kontaktvinkelkrav.
Vedlikeholde etsningen din
Riktig lagring av etset PTFE er avgjørende for en vellykket adhesjonsprosess.Lagring og inventar er et kritisk kontrollpunkt (CCP).Disse CCP-ene er hvor som helst i hele prosessen der overflaten av et materiale har en mulighet til å endre seg, på godt og vondt, og kanskje utilsiktet.Lagrings-CCP er avgjørende for etset PTFE fordi den nylig kjemisk rensede overflaten er så reaktiv at alt den kommer i kontakt med kan endre og forringe arbeidet ditt.
Den beste praksisen for oppbevaring av PTFE etter etsning er å bruke originalemballasjen den kom i hvis den er gjenlukkbar.Hvis det ikke er tilgjengelig, er UV-blokkerende poser et godt alternativ.Hold PTFE borte fra luft og fuktighet så mye som mulig, og før du prøver å lime til det, sørg for at du tar en kontaktvinkelmåling for å sikre at den har beholdt sin evne til å binde seg.
PTFE er et ekstraordinært materiale med utallige bruksområder, men for å få mest mulig ut av det, må det kjemisk etses og deretter bindes i de fleste tilfeller.For å sikre at dette gjøres tilstrekkelig, må det brukes en test som er følsom for de kjemiske endringene på overflaten.Samarbeid med en materialekspert som forstår produksjonsprosessen din for å optimere etsingen og skape sikkerhet i arbeidsflyten din.
Innleggstid: 17. juli-2023