Політетрафторетилен, або PTFE, є дуже поширеним матеріалом, який широко використовується майже в усіх основних галузях промисловості.Цей надзвичайно змащувальний і універсальний фторполімер стосується всіх, починаючи з аерокосмічної та автомобільної промисловості (як ізоляційне покриття на кабелях) до обслуговування музичних інструментів (його можна знайти в маслі для клапанів латуні та дерев’яних духових інструментів для використання на їхніх рухомих частинах).Ймовірно, найвідомішим його використанням є використання антипригарної поверхні на каструлях і сковорідках.PTFE можна формувати у формовані деталі;використовується як гнучкі з'єднання труб, корпуси клапанів, електричні ізолятори, підшипники та зубчасті колеса;і екструдований як трубка.
Надзвичайна хімічна стійкість і хімічна інертність, а також легкі, але міцні властивості PTFE роблять його дуже вигідним у виробництві та використанні медичних пристроїв.Через його надзвичайно низький коефіцієнт тертя (що є математичним способом сказати, що поверхня надзвичайно слизька),PTFE трубкаможна використовувати для перенесення агресивних хімічних речовин або медичних інструментів, чию чистоту необхідно підтримувати та безпечно проникати в організм під час операції.PTFE трубка є настільки мастильною, пружною та тонкою, що ідеально підходить для направляючого ID катетера (внутрішнього діаметру), де такі інструменти, як стенти, балони, пристрої для атеректомії або ангіопластики, повинні вільно ковзати без загрози зачепів або перешкод.Оскільки до цього матеріалу нічого не прилипає, це також може перешкоджати здатності бактерій та інших інфекційних агентів прилипати до трубок і викликати внутрішньолікарняні інфекції.
Усі ці неймовірні властивості PTFE означають, що він майже завжди з’єднується з чимось іншим.Якщо він використовується як покриття, як ущільнювальна прокладка або як трубка з кожухами Pebax і пластиковими з’єднувальними наконечниками, дуже ймовірно, що він повинен приклеїтися до іншого матеріалу.Ви могли помітити те, що ми вже сказали: до PTFE нічого не прилипає.Властивості, які роблять цей матеріал таким привабливим для компаній, що займаються медичним обладнанням, також зазвичай створюють труднощі у виробництві під час розробки та виробництва продукту.Домогтися адгезії покриттів, еластомерів та інших компонентів пристроїв до PTFE є неймовірно складним завданням і вимагає суворого контролю процесу.
Отже, як виробники роблять цей широко використовуваний несклеюваний матеріал придатним для склеювання?І як вони знають, що він був оброблений або підготовлений належним чином і фактично готовий до склеювання або покриття?
Важливість хімічного травлення PTFE
Щоб пояснити, навіщо потрібне хімічне травлення, необхідно зрозуміти, що спричиняє відсутність здатності до склеювання PTFE.ПТФЕ складається з дуже стабільних хімічних зв’язків, через які йому важко з’єднатися з будь-чим іншим, навіть на короткий час.
Оскільки PTFE є хімічно інертним, тобто поверхня не реагує з будь-якими хімічними молекулами, з якими вона вступає в контакт, як з тими, що містяться в повітрі, так і з тими, що знаходяться на поверхні інших матеріалів, його поверхню необхідно хімічно модифікувати, щоб прикріпити до кабелю, метали або труби, на які його наносять.
Будь-яка адгезія — це хімічний процес, у якому верхні 1-5 молекулярних шарів поверхні взаємодіють з хімічними речовинами, присутніми у верхніх 1-5 молекулярних шарах будь-якої поверхні, на яку на неї наноситься.Тому для успішного з’єднання поверхня PTFE має бути хімічно реактивною, а не хімічно інертною.У матеріалознавстві поверхня, яка має високу реакційну здатність і прагне з’єднатися з іншими молекулами, називається «високоенергетичною поверхнею».Таким чином, PTFE потрібно перевести зі стану «низької енергії», що є його базовим станом, до «високої енергії», здатної до склеювання.
Є кілька способів зробити це, включаючи обробку вакуумною плазмою, і є деякі, хто каже, що вони можуть отримати склеювану поверхню на PTFE шляхом шліфування, шліфування або використання праймерів, розроблених для ПВХ або поліолефінів.Однак найпоширенішим і найбільш науково підтвердженим методом є процес, який називається хімічним травленням.
Травлення розриває деякі вуглець-фторні зв’язки PTFE (з яких складаються всі фторполімери), по суті, змінюючи хімічні характеристики протравленої ділянки, перетворюючи її з інертної поверхні на активну та здатну хімічно взаємодіяти з іншими речовинами .Отримана поверхня є менш мастильною, але тепер це поверхня, яку можна приклеїти, формувати або скріпити з іншими матеріалами, а також дозволити на ній друкувати чи гравірувати.
Травлення виконується шляхом розміщення PTFE у розчині натрію, як зазвичай використовуваний Tetra Etch.Результуюча хімічна реакція з поверхнею видаляє молекули фтору з вуглець-фтористої основи фторполімеру, залишаючи атоми вуглецю, яким бракує електронів.Щойно витравлена поверхня має дуже високу енергію, і коли вона піддається впливу повітря, молекули кисню, водяної пари та водню можуть влітати, щоб зайняти місце молекул фтору, дозволяючи відновити електрони.Цей процес реставрації призводить до утворення реактивної плівки молекул на поверхні, що забезпечує адгезію.
Однією з чудових переваг хімічного травлення є те, що воно здатне змінити лише кілька верхніх молекулярних шарів і залишити решту PTFE недоторканою з усіма її унікальними властивостями.
Як перевірити постійність процесу хімічного травлення.
Основні властивості PTFE залишаються незмінними, оскільки хімічне травлення впливає лише на кілька верхніх молекулярних шарів.Однак трубка може мати коричневий або коричневий відтінок.Схоже, що зміна кольору не залежить від того, наскільки поверхня здатна склеюватися, тому не використовуйте це знебарвлення як реальний показник того, наскільки добре протравлено PTFE.
Найкращий спосіб дізнатися, що ваше травлення створило саме ту поверхню, яку ви прагнете, — це використати метод, яким користуються всі професійні травильники: вимірювання кута контакту з водою.Ця техніка виконується шляхом нанесення краплі високоочищеної води на PTFE та вимірювання поведінки цієї краплі.Маленька крапля або згорнеться вгору, тому що вона більше притягується до себе, ніж PTFE, або «змокне» та розплющиться на поверхні, оскільки її сильно притягує PTFE.Взагалі кажучи, чим успішніше хімічне травлення, тим нижчим буде кут контакту (більш плоска крапля).Це часто називають перевіркою «змочуваності» поверхні, тому що, по суті, якщо поверхня належним чином витравлена і крапля води розтікається, більша частина поверхні стає вологою.
Зображеннявищепоказує вид зверху вниз на краплю води (всередині маленького жовто-синього кільця) на PTFE трубці до того, як її витравлювали. Як бачите, край краплі утворює кут 95 градусів із поверхнею трубка.
На зображенні вище показано подібну краплю води, яка осідає на трубці з PTFE після травлення.Ви можете сказати, що крапля розповсюдилася далі по поверхні трубки, оскільки жовто-блакитне кільце більше.Це означає, що крапля створює менший кут контакту з поверхнею трубки.І коли виміряти цей кут за допомогою пристрою Surface Analyst, з якого було зроблено обидва ці зображення, ми побачимо, що, так, кут становить 38 градусів.Якщо це відповідає нашим заздалегідь визначеним вимогам щодо числа, яке нам потрібно влучити, щоб забезпечити склеювання цієї трубки, тоді ми щойно підтвердили, що поверхня була достатньо протравлена.
Для найефективнішого використання тесту кута контакту з водою важливо попрацювати з Surface Scientist, щоб зрозуміти, який ідеальний діапазон кутів досягається після травлення.Це дозволяє побудувати передбачуваний процес з’єднання на основі кількісно визначеної специфікації.Бо якщо ви знаєте, що вам потрібно створити поверхню з певним кутом контакту, тоді ви знаєте, що коли ви це зробите, ваша адгезія буде успішною.
Крім того, щоб забезпечити ефективний процес травлення, важливо провести вимірювання кута контакту з водою перед травленням.Отримання базової оцінки чистоти дає змогу точно знати, якими мають бути параметри травлення, щоб досягти ваших вимог до контактного кута.
Обслуговування Etch
Правильне зберігання витравленого PTFE має важливе значення для успішного процесу адгезії.Зберігання та інвентаризація є критичною контрольною точкою (CCP).Ці ККТ є будь-де в усьому процесі, де поверхня матеріалу має можливість змінитися, на користь чи на зло, і, можливо, ненавмисно.Зберігання CCP має вирішальне значення для травленого PTFE, оскільки нещодавно хімічно очищена поверхня настільки реактивна, що все, з чим вона контактує, може змінити та погіршити вашу роботу.
Найкращий спосіб зберігання PTFE після травлення – використовувати оригінальну упаковку, у якій він надійшов, якщо її можна закривати.Якщо цього немає, гарною альтернативою стануть сумки, що блокують ультрафіолет.Тримайте PTFE подалі від повітря та вологи, наскільки це можливо, і перш ніж спробувати з’єднатися з ним, переконайтеся, що ви виміряли контактний кут, щоб переконатися, що він зберіг свою здатність з’єднуватися.
ПТФЕ — це надзвичайний матеріал із безліччю застосувань, але щоб отримати від нього максимальну користь, у більшості випадків його потрібно хімічно протравити, а потім склеїти.Щоб переконатися, що це зроблено достатньо, необхідно використовувати тест, чутливий до хімічних змін на поверхні.Співпрацюйте з експертом з матеріалів, який розуміє ваш виробничий процес, щоб оптимізувати ваше травлення та вселити впевненість у ваш робочий процес.
Час публікації: 17 липня 2023 р