Politetrafluoroetilen, ili PTFE, vrlo je čest materijal koji se široko koristi u gotovo svakoj većoj industriji. Ovaj ultra-podmazujući i višenamjenski fluoropolimer koristi se u svima, od zrakoplovne i automobilske industrije (kao izolacijski premaz na kablovima) do održavanja glazbenih instrumenata (nalazi se u ulju za ventile limenih i drvenih puhačkih instrumenata za upotrebu na njihovim pokretnim dijelovima). Vjerojatno je njegova najpoznatija upotreba kao neprianjajuća površina na loncima i tavama. PTFE se može oblikovati u lijevane dijelove; koristiti kao fleksibilni spojevi cijevi, tijela ventila, električni izolatori, ležajevi i zupčanici; te ekstrudirati kao cijevi.
Iznimna kemijska otpornost i kemijska inertnost, kao i lagana, a opet čvrsta svojstva PTFE-a, čine ga vrlo povoljnim u proizvodnji i upotrebi medicinskih uređaja. Zbog izvanredno niskog koeficijenta trenja (što je matematički način da se kaže da je površina izrazito skliska),PTFE cijevimože se koristiti za prijenos jakih kemikalija ili medicinskih instrumenata čija se čistoća mora održavati i kojima je potreban siguran prolaz u tijelo tijekom operacije. PTFE cijev je toliko podmazujuća, elastična i tanka da je savršena za vođenje katetera unutarnjeg promjera (ID) gdje alati poput stentova, balona, aterektomije ili angioplastike moraju slobodno kliziti bez opasnosti od zapinjanja ili začepljenja. Budući da se ništa ne lijepi za ovaj materijal, može ometati i sposobnost bakterija i drugih zaraznih uzročnika da se prilijepe za cijev i uzrokuju bolničke infekcije.
Sva ova nevjerojatna svojstva PTFE-a znače da je gotovo uvijek vezan za nešto drugo. Ako se koristi kao premaz, kao brtva ili kao cijev s Pebax omotačima i plastičnim spojnim ferulama, vrlo je vjerojatno da se mora prilijepiti za drugi materijal. Možda ste primijetili što smo već rekli: ništa se ne lijepi za PTFE. Svojstva koja ovaj materijal čine tako privlačnim tvrtkama za medicinske uređaje također imaju tendenciju stvarati proizvodne izazove tijekom razvoja i proizvodnje proizvoda. Prianjanje premaza, elastomera i drugih komponenti uređaja na PTFE nevjerojatno je izazovno i zahtijeva stroge kontrole procesa.
Dakle, kako proizvođači ovaj široko korišteni, neljepljivi materijal čine ljepljivim? I kako znaju da je pravilno obrađen ili pripremljen te da je zapravo spreman za lijepljenje ili premazivanje?
Važnost kemijskog jetkanja PTFE-a
Kako bi se objasnilo zašto je potrebno kemijsko jetkanje, potrebno je razumjeti što uzrokuje nedostatak vezivosti PTFE-a. PTFE se sastoji od vrlo stabilnih kemijskih veza, zbog čega se teško spaja s bilo čime drugim, čak i nakratko.
Budući da je PTFE kemijski inertan, što znači da površina ne reagira ni s jednim kemijskim molekulom s kojim dođe u kontakt, bilo s onima u zraku ili onima na površini drugih materijala, njegovu površinu treba kemijski modificirati kako bi se pričvrstila na kablove, metale ili cijevi na koje se nanosi.
Sva adhezija je kemijski proces u kojem gornjih 1-5 molekularnih slojeva površine međusobno djeluju s kemikalijama prisutnim u gornjih 1-5 molekularnih slojeva bilo koje površine koja se na nju nanosi. Stoga, površina PTFE-a mora biti kemijski reaktivna, a ne kemijski inertna, kako bi se uspješno vezala. U znanosti o materijalima, površina koja je vrlo reaktivna i sklona vezanju s drugim molekulama naziva se „visokoenergetska površina“. Dakle, PTFE treba prevesti iz „niskoenergetskog“ stanja, što je njegovo osnovno stanje, u „visokoenergetsko“ stanje pogodno za vezanje.
Postoji nekoliko načina za to, uključujući obradu vakuumskom plazmom, a neki kažu da mogu postići površinu koja se može lijepiti na PTFE brušenjem, abrazijom ili korištenjem primera koji su dizajnirani za PVC ili poliolefine. Međutim, najčešća i znanstveno najdokazanija metoda je proces koji se naziva kemijsko jetkanje.
Jetkanje prekida neke od ugljik-fluor veza PTFE-a (koji čine sve fluoropolimere), što zapravo mijenja kemijske karakteristike jetkanog područja, pretvarajući ga iz inertne površine u onu koja je aktivna i sposobna kemijski reagirati s drugim tvarima. Rezultirajuća površina je manje podmazujuća, ali je sada površina koja se može lijepiti, oblikovati ili vezati za druge materijale, kao i omogućiti tiskanje ili graviranje.
Jetkanje se provodi stavljanjem PTFE-a u otopinu natrija, poput uobičajeno korištenog Tetra Etch-a. Rezultirajuća kemijska reakcija s površinom uklanja molekule fluora iz ugljik-fluoridne okosnice fluoropolimera, ostavljajući atome ugljika kojima nedostaju elektroni. Svježe jetkana površina ima vrlo visoku energiju i kada je izložena zraku, molekule kisika, vodene pare i vodika mogu uletjeti i zauzeti mjesto molekula fluora, omogućujući obnovu elektrona. Ovaj proces obnove rezultira reaktivnim filmom molekula na površini koji omogućuje prianjanje.
Jedna od sjajnih stvari kod kemijskog jetkanja je ta što može promijeniti samo nekoliko gornjih molekularnih slojeva, a ostatak PTFE-a ostaviti netaknutim sa svim njegovim jedinstvenim svojstvima.
Kako provjeriti konzistentnost postupka kemijskog jetkanja.
Osnovna svojstva PTFE-a ostaju ista jer kemijsko jetkanje utječe samo na gornjih nekoliko molekularnih slojeva. Međutim, može doći do smeđe ili žućkasto-smeđe nijanse cijevi. Čini se da varijacija boje nije u korelaciji s time koliko je površina lijepljiva, stoga nemojte koristiti ovu promjenu boje kao pravi pokazatelj koliko je dobro PTFE jetkan.
Najbolji način da saznate je li vaše jetkanje stvorilo željenu površinu jest korištenje metode koju koriste svi profesionalni jetkari: mjerenje kontaktnog kuta s vodom. Ova se tehnika izvodi nanošenjem kapi visoko pročišćene vode na PTFE i mjerenjem ponašanja te kapljice. Sitna kapljica će se ili skupiti u kuglice jer je više privučena sama sebi od PTFE-a ili će se "smočiti" i spljoštiti uz površinu jer je toliko privučena PTFE-om. Općenito govoreći, što je kemijsko jetkanje uspješnije, to će kontaktni kut (,što je kapljica ravnija) biti niži. To se često naziva testiranjem "vlaživosti" površine jer, u biti, ako je površina pravilno jetkana i kapljica vode se širi, više površine se smoči.
Slikaiznadprikazuje pogled odozgo na kap vode (unutar malog žuto-plavog prstena) na PTFE cijevi prije jetkanja. Kao što vidite, rub kapi zatvara kut od 95 stupnjeva s površinom cijevi.
Gornja slika prikazuje sličnu kap vode nanesenu na PTFE cijev nakon jetkanja. Možete vidjeti da se kap dalje proširila po površini cijevi jer je žuti i plavi prsten veći. To znači da rub kapi stvara niži kontaktni kut s površinom cijevi. A kada izmjerimo taj kut uređajem Surface Analyst, s kojeg su obje ove slike snimljene, vidimo da je kut 38 stupnjeva. Ako to zadovoljava naše unaprijed određene zahtjeve za broj koji moramo postići kako bismo osigurali da se ova cijev može lijepiti, tada smo upravo potvrdili da je površina dovoljno jetkana.
Za najučinkovitije korištenje testa kontaktnog kuta s vodom, važno je surađivati sa stručnjakom za površine kako biste razumjeli koji je idealan raspon kuta koji treba postići nakon jetkanja. To vam omogućuje izgradnju predvidljivog procesa lijepljenja na temelju kvantificirane specifikacije. Jer ako znate da trebate stvoriti površinu s određenim kontaktnim kutom, onda znate da će vaša adhezija biti uspješna kada to učinite.
Osim toga, kako bi se osigurao učinkovit proces jetkanja, važno je izmjeriti kontaktni kut s vodom prije samog jetkanja. Dobivanje osnovne procjene čistoće omogućuje vam da točno znate koji parametri jetkanja trebaju biti kako biste postigli svoje zahtjeve za kontaktni kut.
Održavanje vašeg jetkanja
Pravilno skladištenje jetkanog PTFE-a ključno je za uspješan proces adhezije. Skladištenje i zalihe su kritične kontrolne točke (KKT). Ove KKT se nalaze bilo gdje u cijelom procesu gdje površina materijala ima priliku za promjenu, nabolje ili nagore, a možda i nenamjerno. KKT je ključna za jetkani PTFE jer je novo kemijski očišćena površina toliko reaktivna da sve s čime dođe u kontakt može promijeniti i degradirati vaš rad.
Najbolja praksa za skladištenje PTFE-a nakon jetkanja je korištenje originalnog pakiranja u kojem je stigao ako se može ponovno zatvoriti. Ako to nije dostupno, onda su vrećice koje blokiraju UV zračenje dobra alternativa. Držite PTFE što dalje od zraka i vlage, a prije nego što pokušate vezati ga, obavezno izmjerite kontaktni kut kako biste bili sigurni da je zadržao svoju sposobnost vezanja.
PTFE je izvanredan materijal s bezbrojnim primjenama, ali da bi se iz njega izvuklo maksimum, u većini slučajeva mora se kemijski nagrizati, a zatim vezati. Kako bi se osiguralo da se to učini dovoljno dobro, potrebno je koristiti test koji je osjetljiv na kemijske promjene na površini. Surađujte sa stručnjakom za materijale koji razumije vaš proizvodni proces kako biste optimizirali nagrizanje i unijeli sigurnost u svoj tijek rada.
Vrijeme objave: 17. srpnja 2023.