Polytetrafluoroethylene, hay PTFE, là vật liệu rất phổ biến được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp chính.Chất fluoropolymer siêu bôi trơn và đa công dụng này tiếp cận mọi người từ ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và ô tô (như lớp vỏ cách điện trên hệ thống cáp) cho đến bảo trì nhạc cụ (nó được tìm thấy trong các dụng cụ làm bằng đồng thau và bộ hơi bằng gỗ có van dầu để sử dụng trên các bộ phận chuyển động của chúng).Có lẽ cách sử dụng nổi tiếng nhất của nó là làm bề mặt chống dính trên nồi và chảo.PTFE có thể được tạo thành các bộ phận đúc;dùng làm khớp nối ống mềm, thân van, chất cách điện, vòng bi và bánh răng;và ép đùn thành ống.
Khả năng kháng hóa chất cực cao và độ trơ hóa học cũng như đặc tính nhẹ nhưng bền của PTFE khiến nó có lợi thế cao trong sản xuất và sử dụng các thiết bị y tế.Bởi vì hệ số ma sát cực kỳ thấp (là một cách toán học để nói rằng bề mặt rất trơn),ống PTFEcó thể được sử dụng để chuyển các hóa chất mạnh hoặc dụng cụ y tế cần được duy trì độ tinh khiết và cần đi vào cơ thể một cách an toàn trong quá trình phẫu thuật.Ống PTFE rất bôi trơn, đàn hồi và mỏng đến mức hoàn hảo làm ID ống thông dẫn hướng (đường kính bên trong), nơi các dụng cụ như ống đỡ động mạch, bóng bay, phẫu thuật cắt bỏ động mạch hoặc thiết bị nong mạch vành cần trượt qua tự do mà không có nguy cơ bị vướng hoặc tắc nghẽn.Vì không có gì dính vào chất này nên nó cũng có thể cản trở khả năng vi khuẩn và các tác nhân lây nhiễm khác bám vào ống và gây nhiễm trùng bệnh viện.
Tất cả những thuộc tính đáng kinh ngạc này của PTFE có nghĩa là nó hầu như luôn được liên kết với một thứ khác.Nếu nó đang được sử dụng làm lớp phủ, làm miếng đệm kín hoặc làm ống với vỏ Pebax và ống nối bằng nhựa, rất có thể nó cần phải bám dính vào vật liệu khác.Bạn có thể nhận thấy điều chúng tôi đã nói: không có gì dính vào PTFE.Các đặc tính làm cho vật liệu này trở nên hấp dẫn đối với các công ty thiết bị y tế cũng có xu hướng tạo ra những thách thức trong quá trình sản xuất và phát triển sản phẩm.Để lớp phủ, chất đàn hồi và các thành phần thiết bị khác tuân thủ PTFE là một thách thức vô cùng lớn và đòi hỏi phải có quy trình kiểm soát nghiêm ngặt.
Vì vậy, làm thế nào các nhà sản xuất có thể kết dính được loại vật liệu không thể kết dính và được sử dụng rộng rãi này?Và làm thế nào để họ biết nó đã được xử lý hoặc chuẩn bị đúng cách và thực sự sẵn sàng để kết dính hoặc phủ?
Tầm quan trọng của việc khắc hóa học PTFE
Để giải thích tại sao cần khắc hóa chất, cần phải hiểu nguyên nhân gây ra sự thiếu liên kết của PTFE.PTFE được tạo thành từ các liên kết hóa học rất ổn định, khiến nó khó liên kết với bất kỳ thứ gì khác, dù chỉ trong thời gian ngắn.
Vì PTFE trơ về mặt hóa học, nghĩa là bề mặt không phản ứng với bất kỳ phân tử hóa học nào mà nó tiếp xúc, dù là những phân tử trong không khí hay những phân tử trên bề mặt của các vật liệu khác, nên bề mặt của nó cần phải được biến đổi về mặt hóa học để gắn vào hệ thống cáp, kim loại hoặc ống mà nó được áp dụng.
Tất cả độ bám dính là một quá trình hóa học trong đó 1-5 lớp phân tử trên cùng của bề mặt tương tác với các hóa chất có ở lớp 1-5 phân tử trên cùng của bất kỳ bề mặt nào đang được áp dụng cho nó.Do đó, bề mặt của PTFE cần phải phản ứng hóa học thay vì trơ về mặt hóa học để liên kết thành công.Trong Khoa học Vật liệu, một bề mặt có khả năng phản ứng cao và mong muốn liên kết với các phân tử khác được gọi là “bề mặt năng lượng cao”.Vì vậy, PTFE cần được chuyển từ trạng thái “năng lượng thấp”, tức là điều kiện cơ bản của nó, sang chất lượng có thể liên kết “năng lượng cao”.
Có một số cách để thực hiện điều này, bao gồm xử lý bằng plasma chân không, và có một số người nói rằng họ có thể đạt được bề mặt có thể liên kết trên PTFE bằng cách chà nhám, mài mòn hoặc sử dụng sơn lót được thiết kế cho PVC hoặc polyolefin.Tuy nhiên, phương pháp phổ biến nhất và được chứng minh một cách khoa học nhất là quá trình gọi là khắc hóa học.
Việc khắc axit phá vỡ một số liên kết carbon-flo của PTFE (tạo nên tất cả các fluoropolyme), trên thực tế, làm thay đổi đặc tính hóa học của khu vực được khắc, đưa nó từ bề mặt trơ sang bề mặt hoạt động và có thể tương tác hóa học với các chất khác .Bề mặt thu được ít bôi trơn hơn nhưng giờ đây là bề mặt có thể được dán, đúc hoặc liên kết với các vật liệu khác, cũng như cho phép in hoặc khắc lên.
Quá trình khắc được thực hiện bằng cách đặt PTFE vào dung dịch natri, giống như Tetra Etch thường được sử dụng.Phản ứng hóa học xảy ra với bề mặt sẽ loại bỏ các phân tử flo khỏi khung carbon-flo của fluoropolymer, để lại các nguyên tử carbon bị thiếu electron.Bề mặt mới được khắc có năng lượng rất cao và khi tiếp xúc với không khí, các phân tử oxy, hơi nước và hydro được phép bay vào thế chỗ các phân tử flo, cho phép phục hồi các electron.Quá trình phục hồi này tạo ra một màng phản ứng gồm các phân tử trên bề mặt cho phép bám dính.
Một trong những điều tuyệt vời về ăn mòn hóa học là nó có thể thay đổi chỉ một vài lớp phân tử trên cùng và giữ nguyên phần còn lại của PTFE với tất cả các đặc tính độc đáo của nó.
Cách xác minh tính nhất quán của quy trình ăn mòn hóa học.
Các đặc tính cốt lõi của PTFE vẫn được giữ nguyên vì quá trình ăn mòn hóa học chỉ ảnh hưởng đến một số lớp phân tử trên cùng.Tuy nhiên, ống có thể có màu nâu hoặc rám nắng.Sự biến đổi màu sắc dường như không tương quan với mức độ bám dính của bề mặt, vì vậy đừng sử dụng sự đổi màu này như một dấu hiệu thực sự cho thấy PTFE được khắc tốt như thế nào.
Cách tốt nhất để biết rằng bản khắc của bạn đã tạo ra loại bề mặt mà bạn mong muốn là sử dụng phương pháp mà tất cả các thợ khắc chuyên nghiệp đều sử dụng: đo góc tiếp xúc với nước.Kỹ thuật này được thực hiện bằng cách nhỏ một giọt nước có độ tinh khiết cao lên PTFE và đo xem giọt nước đó hoạt động như thế nào.Giọt nhỏ sẽ nổi lên vì nó bị hút vào chính nó nhiều hơn so với PTFE, hoặc nó sẽ “ướt” và dẹt trên bề mặt vì nó bị hút quá nhiều vào PTFE.Nói chung, quá trình khắc hóa học càng thành công - góc tiếp xúc càng thấp (, giọt càng phẳng).Điều này thường được gọi là kiểm tra “khả năng thấm ướt” của bề mặt vì về cơ bản, nếu bề mặt được khắc đúng cách và giọt nước lan ra thì nhiều bề mặt sẽ bị ướt.
Bức hìnhbên trênhiển thị hình ảnh từ trên xuống của một giọt nước (bên trong vòng nhỏ màu vàng và xanh lam) trên ống PTFE trước khi nó được khắc. Như bạn có thể thấy, cạnh của giọt nước tạo thành một góc 95 độ với bề mặt của ống.
Hình ảnh trên cho thấy một giọt nước tương tự đọng lại trên ống PTFE sau khi được ăn mòn.Bạn có thể nói rằng giọt nước đã lan rộng hơn trên bề mặt ống vì vòng màu vàng và màu xanh lớn hơn.Điều này có nghĩa là cạnh thả đang tạo góc tiếp xúc thấp hơn với bề mặt của ống.Và khi đo góc đó bằng thiết bị Surface Analyst, cả hai hình ảnh này đều được chụp, chúng ta thấy rằng, vâng, góc đó là 38 độ.Nếu điều đó đáp ứng các yêu cầu đã xác định trước của chúng tôi về số lượng mà chúng tôi cần nhấn để đảm bảo ống này có thể liên kết được thì chúng tôi vừa xác nhận rằng bề mặt đã được khắc đủ.
Để sử dụng thử nghiệm góc tiếp xúc với nước hiệu quả nhất, điều quan trọng là phải làm việc với Nhà khoa học bề mặt để hiểu đâu là phạm vi góc lý tưởng cần đạt được sau quá trình khắc của bạn.Điều này cho phép bạn xây dựng một quy trình liên kết có thể dự đoán được dựa trên thông số kỹ thuật có thể định lượng được.Bởi vì nếu bạn biết rằng bạn cần tạo ra một bề mặt có một góc tiếp xúc cụ thể thì bạn biết rằng khi làm như vậy, độ bám dính của bạn sẽ thành công.
Ngoài ra, để đảm bảo quá trình ăn mòn hiệu quả, điều quan trọng là phải thực hiện đo góc tiếp xúc với nước trước khi quá trình ăn mòn diễn ra.Việc đánh giá độ sạch cơ bản cho phép bạn biết chính xác các thông số của bản khắc cần có để đạt được yêu cầu về góc tiếp xúc của bạn.
Duy trì bản khắc của bạn
Việc bảo quản PTFE khắc đúng cách là điều cần thiết để quá trình bám dính thành công.Lưu trữ và kiểm kê là Điểm kiểm soát tới hạn (CCP).Các CCP này ở bất kỳ vị trí nào trong toàn bộ quá trình mà bề mặt của vật liệu có cơ hội thay đổi theo chiều hướng tốt hoặc xấu và có thể là vô tình.CCP lưu trữ rất quan trọng đối với PTFE được khắc axit vì bề mặt mới được làm sạch bằng hóa học dễ phản ứng đến mức bất cứ thứ gì nó tiếp xúc đều có thể làm thay đổi và làm giảm chất lượng công việc của bạn.
Cách tốt nhất để bảo quản PTFE sau khắc là sử dụng bao bì gốc chứa nó nếu nó có thể khóa lại được.Nếu không có thì túi chống tia UV là một lựa chọn thay thế tốt.Giữ PTFE tránh xa không khí và hơi ẩm càng nhiều càng tốt và trước khi cố gắng liên kết với nó, hãy đảm bảo bạn thực hiện phép đo góc tiếp xúc để đảm bảo rằng nó vẫn duy trì được khả năng liên kết.
PTFE là một vật liệu đặc biệt với vô số ứng dụng, nhưng để tận dụng tối đa tính năng của nó, nó phải được khắc hóa học và sau đó liên kết trong hầu hết các trường hợp.Để đảm bảo điều này được thực hiện đầy đủ, cần phải sử dụng một thử nghiệm nhạy cảm với những thay đổi hóa học trên bề mặt.Hợp tác với một chuyên gia vật liệu, người hiểu rõ quy trình sản xuất của bạn để tối ưu hóa quá trình khắc axit và đưa sự chắc chắn vào quy trình làm việc của bạn.
Thời gian đăng: 17-07-2023