Politetrafluoroetylen, czyli PTFE, jest bardzo powszechnym materiałem szeroko stosowanym w prawie każdej większej gałęzi przemysłu.Ten ultrasmarujący i wielofunkcyjny fluoropolimer znajduje zastosowanie w każdym sektorze, od przemysłu lotniczego i samochodowego (jako osłona izolacyjna na okablowanie) po konserwację instrumentów muzycznych (występuje w instrumentach dętych blaszanych i drewnianych do stosowania na ich ruchomych częściach).Prawdopodobnie jego najsłynniejsze zastosowanie to nieprzywierająca powierzchnia garnków i patelni.PTFE można formować w części formowane;stosowane jako elastyczne złącza rurowe, korpusy zaworów, izolatory elektryczne, łożyska i przekładnie;i wytłaczane w postaci rurki.
Ekstremalna odporność chemiczna i obojętność chemiczna, a także lekkość, ale mocne właściwości PTFE sprawiają, że jest on bardzo korzystny w produkcji i użytkowaniu wyrobów medycznych.Ze względu na wyjątkowo niski współczynnik tarcia (co jest matematycznym sposobem powiedzenia, że powierzchnia jest wyjątkowo śliska),Rurki teflonowemoże być używany do przenoszenia agresywnych chemikaliów lub narzędzi medycznych, których czystość wymaga utrzymania i bezpiecznego przedostania się do organizmu podczas operacji.Rurka PTFE jest tak śliska, sprężysta i cienka, że idealnie nadaje się do identyfikacji cewnika prowadzącego (średnica wewnętrzna), gdzie narzędzia takie jak stenty, balony, urządzenia do aterektomii lub angioplastyki muszą przesuwać się swobodnie bez ryzyka zaczepienia lub niedrożności.Ponieważ nic nie przykleja się do tego materiału, może to również zakłócać zdolność bakterii i innych czynników zakaźnych do przylegania do rurek i powodować zakażenia szpitalne.
Wszystkie te niesamowite cechy PTFE oznaczają, że prawie zawsze jest on związany z czymś innym.Jeśli jest stosowany jako powłoka, jako uszczelka lub jako rurka z płaszczami Pebax i plastikowymi tulejkami łączącymi, jest bardzo prawdopodobne, że będzie musiał przylegać do innego materiału.Być może zauważyłeś, co już powiedzieliśmy: nic nie przykleja się do PTFE.Właściwości, które czynią ten materiał tak atrakcyjnym dla producentów wyrobów medycznych, stwarzają również wyzwania produkcyjne na etapie opracowywania i produkcji produktów.Przyklejenie powłok, elastomerów i innych elementów urządzeń do PTFE jest niezwykle trudne i wymaga ścisłej kontroli procesu.
Jak zatem producenci sprawiają, że ten szeroko stosowany, niesklejalny materiał nadaje się do klejenia?A skąd wiedzą, że został on odpowiednio obrobiony lub przygotowany i jest rzeczywiście gotowy do wiązania lub powlekania?
Znaczenie trawienia chemicznego PTFE
Aby wyjaśnić, dlaczego potrzebne jest trawienie chemiczne, należy zrozumieć, co powoduje brak przyczepności PTFE.PTFE składa się z bardzo stabilnych wiązań chemicznych, co utrudnia mu połączenie się z czymkolwiek innym, nawet na krótko.
Ponieważ PTFE jest chemicznie obojętny, co oznacza, że jego powierzchnia nie reaguje z żadnymi cząsteczkami chemicznymi, z którymi się styka, zarówno tymi znajdującymi się w powietrzu, jak i na powierzchni innych materiałów, jego powierzchnia musi zostać zmodyfikowana chemicznie, aby mogła zostać przymocowana do okablowania, metale lub rurki, na które jest nakładany.
Cała adhezja to proces chemiczny, podczas którego 1–5 górnych warstw molekularnych powierzchni oddziałuje ze środkami chemicznymi obecnymi w 1–5 górnych warstwach molekularnych dowolnej powierzchni, na którą jest ona nakładana.Dlatego, aby zapewnić skuteczne wiązanie, powierzchnia PTFE musi być chemicznie reaktywna, a nie chemicznie obojętna.W materiałoznawstwie powierzchnia, która jest wysoce reaktywna i chętna do wiązania się z innymi cząsteczkami, nazywana jest „powierzchnią wysokoenergetyczną”.Zatem PTFE należy przenieść ze stanu „niskoenergetycznego”, który jest jego stanem podstawowym, do stanu „wysokoenergetycznego”, umożliwiającego wiązanie.
Można to zrobić na kilka sposobów, w tym obróbkę plazmą próżniową, a niektórzy twierdzą, że można uzyskać przyczepną powierzchnię na PTFE poprzez szlifowanie, ścieranie lub użycie podkładów przeznaczonych do PCV lub poliolefin.Jednak najpowszechniejszą i najbardziej potwierdzoną naukowo metodą jest proces zwany trawieniem chemicznym.
Trawienie rozrywa część wiązań węgiel-fluor w PTFE (które tworzą wszystkie fluoropolimery), w efekcie zmieniając właściwości chemiczne wytrawionego obszaru, zmieniając go z powierzchni obojętnej na aktywną i zdolną do chemicznej interakcji z innymi substancjami .Powstała powierzchnia jest mniej śliska, ale teraz można ją przykleić, uformować lub połączyć z innymi materiałami, a także umożliwić drukowanie lub grawerowanie.
Trawienie przeprowadza się poprzez umieszczenie PTFE w roztworze sodu, takim jak powszechnie stosowany Tetra Etch.Powstała reakcja chemiczna z powierzchnią usuwa cząsteczki fluoru ze szkieletu węglowo-fluorowego fluoropolimeru, pozostawiając atomy węgla pozbawione elektronów.Świeżo wytrawiona powierzchnia ma bardzo wysoką energię, a kiedy zostanie wystawiona na działanie powietrza, cząsteczki tlenu, pary wodnej i wodoru przedostają się do środka, zajmując miejsce cząsteczek fluoru, umożliwiając przywrócenie elektronów.Ten proces przywracania skutkuje powstaniem na powierzchni reaktywnego filmu cząsteczek, który umożliwia przyczepność.
Jedną z największych zalet trawienia chemicznego jest to, że jest w stanie zmienić tylko kilka górnych warstw molekularnych i pozostawić resztę PTFE nienaruszoną ze wszystkimi jego unikalnymi właściwościami.
Jak sprawdzić spójność procesu trawienia chemicznego.
Podstawowe właściwości PTFE pozostają takie same, ponieważ trawienie chemiczne wpływa tylko na kilka górnych warstw molekularnych.Jednakże rurka może mieć brązowe lub brązowe zabarwienie.Wydaje się, że różnice w kolorze nie korelują ze zdolnością klejenia powierzchni, więc nie używaj tego przebarwienia jako rzeczywistego wskaźnika tego, jak dobrze wytrawiono PTFE.
Najlepszym sposobem, aby upewnić się, że wytrawienie stworzyło powierzchnię, jakiej szukasz, jest zastosowanie metody stosowanej przez wszystkich profesjonalnych rytowników: pomiaru kąta zwilżania wodą.Technika ta polega na osadzeniu kropli wysoce oczyszczonej wody na PTFE i zmierzeniu zachowania tej kropli.Mała kropla albo się zrośnie, ponieważ jest bardziej przyciągana do siebie niż PTFE, albo „zwilży” i spłaszczy się na powierzchni, ponieważ PTFE tak ją przyciąga.Ogólnie rzecz biorąc, im skuteczniejsze będzie trawienie chemiczne – tym niższy będzie kąt zwilżania (tym bardziej płaska będzie kropla).Nazywa się to często badaniem „zwilżalności” powierzchni, ponieważ zasadniczo, jeśli powierzchnia jest prawidłowo wytrawiona, a kropla wody się rozprzestrzeni, większa część powierzchni zostanie zamoczona.
Obrazpowyżejprzedstawia widok z góry kropli wody (wewnątrz małego żółto-niebieskiego pierścienia) na rurce PTFE przed jej wytrawieniem. Jak widać, krawędź kropli tworzy kąt 95 stopni z powierzchnią kropli rura.
Powyższe zdjęcie przedstawia podobną kroplę wody osadzoną na rurce PTFE po wytrawieniu.Można stwierdzić, że kropla rozprzestrzeniła się dalej na powierzchni probówki, ponieważ żółty i niebieski pierścień są większe.Oznacza to, że opadająca krawędź tworzy mniejszy kąt styku z powierzchnią rurki.Kiedy mierzymy ten kąt za pomocą urządzenia Surface Analyst, z którego wykonano oba zdjęcia, widzimy, że tak, kąt ten wynosi 38 stopni.Jeśli spełnia to nasze z góry określone wymagania dotyczące liczby, którą musimy osiągnąć, aby mieć pewność, że rurka będzie klejona, to właśnie sprawdziliśmy, czy powierzchnia została wystarczająco wytrawiona.
Aby najskuteczniej wykorzystać test kąta zwilżania wodą, ważne jest, aby współpracować z naukowcem zajmującym się powierzchniami, aby dowiedzieć się, jaki jest idealny zakres kąta, jaki należy osiągnąć po wytrawieniu.Pozwala to zbudować przewidywalny proces łączenia w oparciu o wymierną specyfikację.Bo jeśli wiesz, że musisz stworzyć powierzchnię o określonym kącie zwilżania, to wiesz, że kiedy to zrobisz, Twoja przyczepność będzie skuteczna.
Dodatkowo, aby zapewnić efektywny proces trawienia, ważne jest, aby przed rozpoczęciem trawienia wykonać pomiar kąta zwilżania wodą.Uzyskanie podstawowej oceny czystości pozwala dokładnie wiedzieć, jakie parametry trawienia muszą być, aby spełnić wymagania dotyczące kąta zwilżania.
Konserwacja Twojego wytrawiacza
Prawidłowe przechowywanie wytrawionego PTFE ma kluczowe znaczenie dla pomyślnego procesu adhezji.Magazynowanie i inwentaryzacja to krytyczny punkt kontroli (CCP).Te CCP znajdują się w dowolnym miejscu całego procesu, gdzie powierzchnia materiału może się zmienić, na dobre lub na złe, i być może w sposób niezamierzony.Proces przechowywania CCP ma kluczowe znaczenie w przypadku trawionego PTFE, ponieważ świeżo oczyszczona chemicznie powierzchnia jest tak reaktywna, że wszystko, z czym się zetknie, może zmienić i pogorszyć pracę.
Najlepszą praktyką przechowywania PTFE po wytrawieniu jest używanie oryginalnego opakowania, w którym otrzymano PTFE, jeśli można je ponownie zamknąć.Jeśli nie jest to możliwe, dobrą alternatywą są torby blokujące promieniowanie UV.Trzymaj PTFE z dala od powietrza i wilgoci tak bardzo, jak to możliwe, a przed próbą związania z nim upewnij się, że wykonałeś pomiar kąta zwilżania, aby upewnić się, że zachował on zdolność wiązania.
PTFE to niezwykły materiał o niezliczonych zastosowaniach, ale aby w pełni wykorzystać jego możliwości, w większości przypadków należy go wytrawić chemicznie, a następnie połączyć.Aby upewnić się, że zostało to wykonane w wystarczający sposób, należy zastosować test wrażliwy na zmiany chemiczne zachodzące na powierzchni.Nawiąż współpracę z ekspertem w dziedzinie materiałów, który rozumie Twój proces produkcyjny, aby zoptymalizować wytrawianie i zapewnić pewność przepływu pracy.
Czas publikacji: 17 lipca 2023 r