Политетрафторэтилен, или ПТФЭ, — очень распространенный материал, широко используемый практически во всех крупных отраслях промышленности.Этот сверхсмазывающий и многоцелевой фторполимер затрагивает все сферы: от аэрокосмической и автомобильной промышленности (в качестве изолирующего покрытия для кабелей) до обслуживания музыкальных инструментов (он содержится в клапанном масле, медных и деревянных духовых инструментах для использования на их движущихся частях).Вероятно, наиболее известное его применение — в качестве антипригарной поверхности кастрюль и сковородок.Из ПТФЭ можно формовать формованные детали;используются в качестве гибких соединений труб, корпусов клапанов, электрических изоляторов, подшипников и шестерен;и экструдирован в виде трубки.
Чрезвычайная химическая стойкость и химическая инертность, а также легкие, но прочные свойства ПТФЭ делают его очень выгодным при производстве и использовании медицинского оборудования.Из-за чрезвычайно низкого коэффициента трения (математическим способом сказать, что поверхность чрезвычайно скользкая),Трубка из ПТФЭможет использоваться для переноса агрессивных химикатов или медицинских инструментов, чистоту которых необходимо поддерживать и которые требуют безопасного проникновения в организм во время операции.Трубка из ПТФЭ настолько скользкая, эластичная и тонкая, что идеально подходит для внутреннего диаметра направляющего катетера, где такие инструменты, как стенты, баллоны, устройства для атерэктомии или ангиопластики, должны свободно проходить без угрозы зацеплений или препятствий.Поскольку к этому материалу ничего не прилипает, он также может препятствовать способности бактерий и других инфекционных агентов прикрепляться к трубкам и вызывать внутрибольничные инфекции.
Все эти невероятные свойства ПТФЭ означают, что он почти всегда связан с чем-то другим.Если он используется в качестве покрытия, уплотнительной прокладки или трубки с кожухом Pebax и пластиковыми соединительными муфтами, весьма вероятно, что ему необходимо приклеиться к другому материалу.Возможно, вы заметили то, что мы уже говорили: к ПТФЭ ничего не прилипает.Свойства, которые делают этот материал столь привлекательным для компаний, производящих медицинское оборудование, также создают проблемы при разработке и производстве продукции.Добиться прилипания покрытий, эластомеров и других компонентов устройств к ПТФЭ невероятно сложно и требует строгого контроля процесса.
Итак, как же производители делают этот широко используемый несклеиваемый материал пригодным для склеивания?И как они узнают, что он был правильно обработан или подготовлен и действительно готов к склеиванию или нанесению покрытия?
Важность химического травления ПТФЭ
Чтобы объяснить, почему необходимо химическое травление, необходимо понять, что вызывает недостаточную склеиваемость ПТФЭ.ПТФЭ состоит из очень стабильных химических связей, которые затрудняют его соединение с чем-либо еще, даже на короткое время.
Поскольку ПТФЭ химически инертен, то есть поверхность не вступает в реакцию с какими-либо химическими молекулами, с которыми он вступает в контакт, ни с теми, которые находятся в воздухе, ни с молекулами на поверхности других материалов, его поверхность необходимо химически модифицировать, чтобы прикрепить к кабелю. металлы или трубы, к которым он применяется.
Любая адгезия представляет собой химический процесс, в котором верхние 1–5 молекулярных слоев поверхности взаимодействуют с химическими веществами, присутствующими в верхних 1–5 молекулярных слоях любой поверхности, на которую на нее наносится.Следовательно, для успешного соединения поверхность ПТФЭ должна быть химически реактивной, а не химически инертной.В материаловедении поверхность, которая обладает высокой реакционной способностью и стремится связываться с другими молекулами, называется «высокоэнергетической поверхностью».Таким образом, ПТФЭ необходимо перевести из «низкоэнергетического» состояния, которое является его базовым состоянием, в «высокоэнергетическое» качество соединения.
Есть несколько способов сделать это, в том числе вакуумно-плазменная обработка, и некоторые утверждают, что можно добиться склеиваемой поверхности ПТФЭ путем шлифования, абразивной обработки или использования грунтовок, разработанных для ПВХ или полиолефинов.Однако наиболее распространенным и наиболее научно доказанным методом является процесс, называемый химическим травлением.
Травление разрывает часть углерод-фторных связей ПТФЭ (из которого состоят все фторполимеры), по сути изменяя химические характеристики протравленного участка, превращая его из инертной поверхности в активную и способную химически взаимодействовать с другими веществами. .Полученная поверхность становится менее смазывающей, но теперь ее можно склеивать, формовать или связывать с другими материалами, а также на ней можно печатать или гравировать.
Травление выполняется путем помещения ПТФЭ в раствор натрия, например, обычно используемый Tetra Etch.В результате химической реакции с поверхностью молекулы фтора удаляются из углеродно-фтористой основной цепи фторполимера, оставляя атомы углерода с дефицитом электронов.Свежепротравленная поверхность обладает очень высокой энергией, и когда она подвергается воздействию воздуха, молекулы кислорода, водяного пара и водорода могут прилететь и занять место молекул фтора, что позволяет восстановить электроны.В результате этого процесса восстановления на поверхности образуется реактивная пленка молекул, обеспечивающая адгезию.
Одна из замечательных особенностей химического травления заключается в том, что оно способно изменить лишь несколько верхних молекулярных слоев, оставив остальную часть ПТФЭ неповрежденной со всеми его уникальными свойствами.
Как проверить стабильность процесса химического травления.
Основные свойства ПТФЭ остаются прежними, поскольку химическое травление затрагивает только несколько верхних молекулярных слоев.Однако трубки могут иметь коричневый или коричневый оттенок.Изменение цвета, похоже, не коррелирует с тем, насколько хорошо склеивается поверхность, поэтому не используйте это изменение цвета как реальный показатель того, насколько хорошо протравился ПТФЭ.
Лучший способ узнать, что в результате травления создана именно та поверхность, которая вам нужна, — это использовать метод, который используют все профессиональные офортисты: измерение угла контакта с водой.Этот метод осуществляется путем нанесения капли высокоочищенной воды на ПТФЭ и измерения поведения этой капли.Крошечная капля либо сформируется, потому что она притягивается к себе больше, чем ПТФЭ, либо «намокнет» и расплющится по поверхности, потому что ее сильно притягивает ПТФЭ.Вообще говоря, чем успешнее химическое травление, тем меньше будет угол контакта (тем более пологой будет капля).Это часто называют проверкой «смачиваемости» поверхности, потому что, по сути, если поверхность правильно протравлена и капля воды растекается, большая часть поверхности намокнет.
Изображениевышепоказан вид сверху вниз капли воды (внутри маленького желто-синего кольца) на трубке из ПТФЭ до ее травления. Как вы можете видеть, край капли образует угол 95 градусов с поверхностью трубки. трубка.
На изображении выше показана аналогичная капля воды, осажденная на трубке из ПТФЭ после травления.Вы можете сказать, что капля распространилась дальше по поверхности пробирки, потому что желто-синее кольцо больше.Это означает, что нижняя кромка создает меньший угол контакта с поверхностью трубки.И когда измерим этот угол с помощью устройства Surface Analyst, с которого были сделаны оба этих изображения, мы увидим, что да, угол составляет 38 градусов.Если это соответствует нашим заранее определенным требованиям к количеству, которое нам нужно набрать, чтобы гарантировать возможность склеивания трубки, то мы только что подтвердили, что поверхность достаточно протравлена.
Для наиболее эффективного использования теста угла контакта с водой важно работать со специалистом по поверхности, чтобы понять, каков идеальный диапазон углов, которого следует достичь после травления.Это позволяет построить предсказуемый процесс склеивания на основе количественной спецификации.Потому что если вы знаете, что вам нужно создать поверхность с определенным углом контакта, то вы знаете, что когда вы это сделаете, ваша адгезия будет успешной.
Кроме того, чтобы обеспечить эффективный процесс травления, важно измерить угол контакта с водой до начала травления.Получение базовой оценки чистоты позволяет вам точно знать, какими должны быть параметры травления, чтобы удовлетворить ваши требования к углу контакта.
Поддержание вашего гравирования
Правильное хранение протравленного ПТФЭ имеет важное значение для успешного процесса адгезии.Хранение и инвентарь являются критической контрольной точкой (ККТ).Эти CCP находятся в любом месте всего процесса, где поверхность материала имеет возможность измениться, к лучшему или к худшему, и, возможно, непреднамеренно.CCP для хранения имеет решающее значение для травленого ПТФЭ, поскольку новая химически очищенная поверхность настолько реактивна, что все, с чем она соприкасается, может изменить и ухудшить вашу работу.
Лучшая практика хранения послепротравливания из ПТФЭ — использовать оригинальную упаковку, в которой она была доставлена, если ее можно повторно запечатать.Если такой возможности нет, хорошей альтернативой станут пакеты с УФ-защитой.Держите ПТФЭ подальше от воздуха и влаги, и прежде чем пытаться склеить его, обязательно измерьте угол контакта, чтобы убедиться, что он сохранил свою способность к склеиванию.
ПТФЭ — необычный материал, имеющий множество применений, но чтобы получить от него максимальную пользу, в большинстве случаев его необходимо химически протравить, а затем склеить.Чтобы гарантировать, что это сделано в достаточной степени, необходимо использовать тест, чувствительный к химическим изменениям на поверхности.Сотрудничайте с экспертом по материалам, который понимает ваш производственный процесс, чтобы оптимизировать травление и привнести уверенность в ваш рабочий процесс.
Время публикации: 17 июля 2023 г.