Polytetrafluoreten, eller PTFE, är ett mycket vanligt material som ofta används i nästan alla större industrier.Denna ultrasmörjande och mångsidiga fluorpolymer berör alla från flyg- och bilindustrin (som ett isolerande skydd på kablar) till underhåll av musikinstrument (det finns i ventiloljan i mässings- och träblåsinstrument för användning på deras rörliga delar).Dess förmodligen mest kända användning används som en non-stick yta på grytor och stekpannor.PTFE kan formas till gjutna delar;används som flexibla rörskarvar, ventilkroppar, elektriska isolatorer, lager och växlar;och extruderas som rör.
Den extrema kemiska resistensen och kemiska trögheten, såväl som de lätta men ändå starka egenskaperna hos PTFE, gör det mycket fördelaktigt vid tillverkning och användning av medicinsk utrustning.På grund av dess utomordentligt låga friktionskoefficient (vilket är ett matematiskt sätt att säga att ytan är anmärkningsvärt hal),PTFE-slangkan användas för att överföra starka kemikalier eller medicinska verktyg vars renhet måste bibehållas och behöver säker passage in i kroppen under operationen.PTFE-slangen är så smutsig, elastisk och tunn att den är perfekt för en vägledande kateter-ID (innerdiameter) där verktyg som stentar, ballonger, aterektomi eller angioplastikenheter behöver glida igenom fritt utan hot om hakar eller hinder.Eftersom ingenting fastnar på det här, kan det också störa förmågan hos bakterier och andra smittämnen att fästa vid slangar och orsaka sjukhusförvärvade infektioner.
Alla dessa otroliga egenskaper hos PTFE gör att den nästan alltid är bunden till något annat.Om den används som en beläggning, som en tätningspackning eller som slang med Pebax-mantel och anslutningshylsor av plast, är det mycket troligt att den behöver fästa vid ett annat material.Du kanske har märkt vad vi redan sa: ingenting fastnar på PTFE.De egenskaper som gör detta material så tilltalande för medicintekniska företag tenderar också att skapa tillverkningsutmaningar under produktutveckling och produktion.Att få beläggningar, elastomerer och andra enhetskomponenter att fästa till PTFE är otroligt utmanande och kräver strikta processkontroller.
Så, hur gör tillverkare detta allmänt använda, obindbara material bindbart?Och hur vet de att det har behandlats eller förberetts ordentligt och faktiskt är redo att binda eller beläggas?
Vikten av att kemiskt etsa PTFE
För att förklara varför kemisk etsning behövs, är det nödvändigt att förstå vad som orsakar PTFEs bristande bindbarhet.PTFE består av mycket stabila kemiska bindningar, vilket gör det svårt för det att förenas med något annat, även kortvarigt.
Eftersom PTFE är kemiskt inert, vilket innebär att ytan inte reagerar med några kemiska molekyler den kommer i kontakt med, varken de som finns i luften eller de som finns på ytan av andra material, måste dess yta modifieras kemiskt för att kunna fästas på kablar, metaller eller rör som det appliceras på.
All vidhäftning är en kemisk process där de översta 1-5 molekylskikten på en yta interagerar med kemikalierna som finns i de översta 1-5 molekylskikten av vilken yta som helst som appliceras på den.Därför måste ytan av PTFE göras kemiskt reaktiv i motsats till kemiskt inert för att binda framgångsrikt.Inom materialvetenskap kallas en yta som är mycket reaktiv och ivrig att binda med andra molekyler en "högenergiyta".Så PTFE måste tas från ett "lågenergi"-tillstånd, vilket är dess baslinjetillstånd, till en "högenergi", bindbar kvalitet.
Det finns några sätt att göra detta, inklusive vakuumplasmabehandling, och det finns några som säger att de kan uppnå en bindbar yta på PTFE genom att slipa, slipa eller använda primers som är designade för PVC eller polyolefiner.Den vanligaste och mest vetenskapligt beprövade metoden är dock en process som kallas kemisk etsning.
Etsning bryter en del av kol-fluorbindningarna i PTFE (som utgör alla fluorpolymerer), vilket i själva verket ändrar de kemiska egenskaperna hos det etsade området, tar det från en inert yta till en som är aktiv och kan kemiskt interagera med andra ämnen .Den resulterande ytan är mindre smörjig men är nu en yta som kan limmas, gjutas eller bindas till andra material, samt att den kan tryckas eller graveras på.
Etsning utförs genom att placera PTFE i en natriumlösning, som den vanligaste Tetra Etch.Den resulterande kemiska reaktionen med ytan tar bort fluormolekyler från kol-fluor-ryggraden i fluorpolymeren och lämnar kolatomer som har brist på elektroner.Den nyetsade ytan har mycket hög energi, och när den utsätts för luft tillåts syremolekyler, vattenånga och väte flyga in för att ersätta fluormolekylerna, vilket möjliggör återställande av elektronerna.Denna restaureringsprocess resulterar i en reaktiv film av molekyler på ytan som möjliggör vidhäftning.
En av de fantastiska sakerna med kemisk etsning är att den kan ändra bara de översta molekylära lagren och lämna resten av PTFE intakt med alla dess unika egenskaper.
Hur man verifierar konsistensen av en kemisk etsprocess.
Kärnegenskaperna hos PTFE förblir desamma eftersom kemisk etsning endast påverkar de allra översta molekylskikten.Det kan dock finnas en brun eller solbränna nyans på slangen.Färgvariation verkar inte korrelera med hur bindbar ytan är, så använd inte denna missfärgning som en riktig indikation på hur väl PTFE etsades.
Det bästa sättet att veta att din etsning skapade den typ av yta du är ute efter är att använda en metod som alla professionella etsare använder: mätning av vattenkontaktvinkel.Denna teknik görs genom att avsätta en droppe mycket renat vatten på PTFE och mäta hur den droppen beter sig.Den lilla droppen kommer antingen att pärla sig för att den är mer attraherad av sig själv än PTFE, eller så kommer den att "väta ut" och platta mot ytan eftersom den är så attraherad av PTFE.Generellt sett, ju mer framgångsrik den kemiska etsningen - desto lägre kontaktvinkel (desto plattare droppe) blir.Detta kallas ofta för att testa ytans "vätbarhet", eftersom i huvudsak, om ytan är ordentligt etsad och vattendroppen sprids ut, blir mer av ytan blöt.
Bildenovanvisar en vy uppifrån och ned av en vattendroppe (inuti den lilla gula och blå ringen) på PTFE-slangen innan den har etsats. Som du kan se bildar droppens kant en 95-graders vinkel med ytan på rör.
Bilden ovan visar en liknande droppe vatten avsatt på ett PTFE-rör efter att ha etsats.Du kan se att droppen har spridit sig längre på ytan av röret eftersom den gula och blå ringen är större.Detta innebär att fallkanten skapar en lägre kontaktvinkel med ytan på slangen.Och när vi mäter den vinkeln med Surface Analyst-enheten, som båda dessa bilder togs från, ser vi att, ja, vinkeln är 38 grader.Om det uppfyller våra förutbestämda krav för numret vi behöver träffa för att säkerställa att detta rör är bindbart, då har vi precis validerat att ytan har etsat tillräckligt.
För den mest effektiva användningen av vattenkontaktvinkeltestet är det viktigt att arbeta med en ytforskare för att förstå vad som är det ideala vinkelområdet att nå efter din etsning.Detta gör att du kan bygga en förutsägbar bindningsprocess baserad på en kvantifierbar specifikation.För om du vet att du behöver skapa en yta med en viss kontaktvinkel, då vet du att när du gör det kommer din vidhäftning att bli en framgång.
För att säkerställa en effektiv etsningsprocess är det dessutom viktigt att mäta vattenkontaktvinkeln innan etsningen sker.Genom att få en baslinjebedömning av renligheten kan du veta exakt vilka parametrar för etsningen måste vara för att nå dina kontaktvinkelkrav.
Underhåll din Etch
Korrekt lagring av etsad PTFE är avgörande för en framgångsrik vidhäftningsprocess.Lagring och inventering är en Critical Control Point (CCP).Dessa CCP är var som helst i hela processen där ytan på ett material har en möjlighet att förändras, på gott och ont, och kanske oavsiktligt.Lagrings-CCP är avgörande för etsad PTFE eftersom den nyligen kemiskt rengjorda ytan är så reaktiv att allt den kommer i kontakt med kan förändra och försämra ditt arbete.
Den bästa praxisen för att lagra PTFE efter etsning är att använda originalförpackningen den kom i om den är återförslutningsbar.Om det inte finns så är UV-blockerande påsar ett bra alternativ.Håll PTFE borta från luft och fukt så mycket som möjligt, och innan du försöker binda till det, se till att du tar en kontaktvinkelmätning för att säkerställa att den har behållit sin förmåga att binda.
PTFE är ett extraordinärt material med otaliga tillämpningar, men för att få ut det mesta av det måste det etsas kemiskt och sedan bindas i de flesta fall.För att säkerställa att detta görs tillräckligt måste ett test som är känsligt för de kemiska förändringarna på ytan användas.Samarbeta med en materialexpert som förstår din tillverkningsprocess för att optimera din etsning och ingjuta säkerhet i ditt arbetsflöde.
Posttid: 2023-jul-17