Politetrafluoroetilen ali PTFE je zelo pogost material, ki se pogosto uporablja v skoraj vsaki večji industriji. Ta izjemno mazljiv in večnamenski fluoropolimer se uporablja v vseh panogah, od letalske in avtomobilske industrije (kot izolacijski premaz na kablih) do vzdrževanja glasbil (najdemo ga v olju za ventile trobilnih in pihalnih instrumentov za uporabo na njihovih gibljivih delih). Verjetno je njegova najbolj znana uporaba nelepljiva površina na loncih in ponvah. PTFE se lahko oblikuje v brizgane dele, uporablja se kot fleksibilni spoji cevi, ohišja ventilov, električni izolatorji, ležaji in zobniki ter ekstrudira kot cevi.
Izjemna kemična odpornost in kemična inertnost ter lahke, a hkrati močne lastnosti PTFE ga naredijo zelo ugodnega pri izdelavi in uporabi medicinskih pripomočkov. Zaradi izjemno nizkega koeficienta trenja (kar je matematični način, da se izrazi, da je površina izjemno spolzka),PTFE cevse lahko uporablja za prenos agresivnih kemikalij ali medicinskih orodij, katerih čistost je treba ohranjati in ki morajo med operacijo varno prehajati v telo. PTFE cev je tako mazljiva, prožna in tanka, da je idealna za vodilni kateter (notranji premer), kjer morajo orodja, kot so stenti, baloni, naprave za aterektomijo ali angioplastiko, prosto drseti skozi, ne da bi se pri tem zatikala ali ovirala. Ker se na to snov nič ne prime, lahko ovira tudi sposobnost bakterij in drugih povzročiteljev okužb, da se oprimejo cevi, in povzročijo bolnišnične okužbe.
Zaradi vseh teh neverjetnih lastnosti PTFE je skoraj vedno vezan na nekaj drugega. Če se uporablja kot premaz, tesnilo ali cev s Pebax plašči in plastičnimi veznimi tulci, se mora zelo verjetno oprijeti drugega materiala. Morda ste opazili, kar smo že omenili: na PTFE se nič ne oprime. Lastnosti, zaradi katerih je ta material tako privlačen za podjetja, ki proizvajajo medicinske pripomočke, pogosto povzročajo tudi proizvodne izzive med razvojem in proizvodnjo izdelkov. Doseči oprijem premazov, elastomerov in drugih komponent naprav na PTFE je izjemno zahtevno in zahteva strog nadzor procesa.
Kako torej proizvajalci ta široko uporabljen, nevezljiv material naredijo vezavnega? In kako vedo, da je bil pravilno obdelan ali pripravljen in je dejansko pripravljen za lepljenje ali premazovanje?
Pomen kemičnega jedkanja PTFE
Da bi pojasnili, zakaj je potrebno kemično jedkanje, je treba razumeti, kaj povzroča slabo vezavo PTFE. PTFE je sestavljen iz zelo stabilnih kemičnih vezi, zaradi katerih se težko poveže s čimerkoli drugim, tudi za kratek čas.
Ker je PTFE kemično inerten, kar pomeni, da površina ne reagira z nobenimi kemičnimi molekulami, s katerimi pride v stik, bodisi s tistimi v zraku bodisi s tistimi na površini drugih materialov, je treba njegovo površino kemično modificirati, da se pritrdi na kable, kovine ali cevi, na katere se nanaša.
Vsaka adhezija je kemični proces, pri katerem zgornjih 1-5 molekularnih plasti površine interagirajo s kemikalijami, ki so prisotne v zgornjih 1-5 molekularnih plasteh katere koli površine, na katero se nanaša. Zato mora biti površina PTFE kemično reaktivna in ne kemično inertna, da se uspešno veže. V znanosti o materialih se površina, ki je zelo reaktivna in se želi vezati z drugimi molekulami, imenuje "visokoenergijska površina". Zato je treba PTFE prevesti iz "nizkoenergijskega" stanja, ki je njegovo osnovno stanje, v "visokoenergijsko" stanje, ki omogoča vezavo.
Obstaja nekaj načinov za to, vključno z vakuumsko plazemsko obdelavo, nekateri pa pravijo, da lahko dosežejo lepljivo površino na PTFE z brušenjem, abrazijo ali uporabo temeljnih premazov, ki so bili zasnovani za PVC ali poliolefine. Vendar pa je najpogostejša in najbolj znanstveno preverjena metoda postopek, imenovan kemično jedkanje.
Jedkanje prekine nekatere vezi ogljik-fluor v PTFE (ki sestavljajo vse fluoropolimere), kar dejansko spremeni kemijske lastnosti jedkanega območja, tako da se iz inertne površine spremeni v aktivno površino, ki je sposobna kemično reagirati z drugimi snovmi. Nastala površina je manj mazljiva, vendar jo je zdaj mogoče lepiti, oblikovati ali vezati na druge materiale, nanjo pa je mogoče tudi tiskati ali gravirati.
Jedkanje se izvede tako, da se PTFE namesti v natrijevo raztopino, podobno kot pri običajnem Tetra Etchu. Nastala kemična reakcija s površino odstrani molekule fluora iz ogljikovo-fluorove hrbtenice fluoropolimera, pri čemer ostanejo atomi ogljika, ki jim primanjkuje elektronov. Sveže jedkana površina ima zelo visoko energijo in ko je izpostavljena zraku, molekule kisika, vodne pare in vodika priletijo vanjo in nadomestijo molekule fluora, kar omogoča obnovo elektronov. Ta postopek obnove povzroči reaktivni film molekul na površini, ki omogoča oprijem.
Ena od odličnih lastnosti kemičnega jedkanja je, da lahko spremeni le nekaj zgornjih molekularnih plasti, preostali del PTFE pa ostane nedotaknjen z vsemi njegovimi edinstvenimi lastnostmi.
Kako preveriti skladnost postopka kemičnega jedkanja.
Osnovne lastnosti PTFE ostajajo enake, saj kemično jedkanje vpliva le na nekaj zgornjih molekularnih plasti. Vendar pa se lahko cev obarva rjavo ali rjavo. Zdi se, da barvna sprememba ni povezana s tem, kako dobro je površina lepljiva, zato te spremembe barve ne uporabljajte kot dejanski pokazatelj, kako dobro je bil PTFE jedkan.
Najboljši način, da ugotovite, ali je vaše jedkanje ustvarilo želeno površino, je uporaba metode, ki jo uporabljajo vsi profesionalni jedkalniki: meritve kontaktnega kota vode. Ta tehnika se izvede tako, da se na PTFE nanese kapljica visoko prečiščene vode in se izmeri, kako se ta kapljica obnaša. Drobna kapljica se bo bodisi zbrala v obliki kapljic, ker jo bolj privlači sama kot PTFE, bodisi se bo »zmočila« in sploščila ob površini, ker jo tako privlači PTFE. Na splošno velja, da bolj ko je kemično jedkanje uspešno, nižji bo kontaktni kot (bolj ploska je kapljica). To se pogosto imenuje testiranje »omočljivosti« površine, ker se v bistvu, če je površina pravilno jedkana in se kapljica vode razlije, zmoči več površine.
Slikazgorajprikazuje pogled od zgoraj navzdol na kapljico vode (znotraj majhnega rumeno-modrega obroča) na PTFE cevi, preden je bila jedkana. Kot lahko vidite, rob kapljice tvori kot 95 stopinj s površino cevi.
Zgornja slika prikazuje podobno kapljico vode, ki se je po jedkanju nanesla na PTFE cev. Da se je kapljica razširila po površini cevi, lahko opazite, ker je rumeni in modri obroč večji. To pomeni, da rob kapljice ustvarja manjši kontaktni kot s površino cevi. In ko ta kot izmerimo z napravo Surface Analyst, s katero sta bili posneti obe sliki, vidimo, da je kot 38 stopinj. Če to ustreza našim vnaprej določenim zahtevam glede števila, ki ga moramo doseči, da zagotovimo lepljivost te cevi, potem smo pravkar potrdili, da je bila površina dovolj jedkana.
Za najučinkovitejšo uporabo testa kontaktnega kota z vodo je pomembno sodelovati s strokovnjakom za površine, da bi razumeli, kakšen je idealen razpon kotov, ki ga je treba doseči po jedkanju. To vam omogoča, da zgradite predvidljiv postopek vezave na podlagi merljive specifikacije. Če namreč veste, da morate ustvariti površino z določenim kontaktnim kotom, potem veste, da bo vaša adhezija uspešna, ko to storite.
Poleg tega je za zagotovitev učinkovitega postopka jedkanja pomembno, da pred jedkanjem izmerite kontaktni kot vode. Osnovna ocena čistoče vam omogoča, da natančno veste, kakšni morajo biti parametri jedkanja, da dosežete zahtevani kontaktni kot.
Vzdrževanje vašega jedkanja
Pravilno shranjevanje jedkanega PTFE je bistvenega pomena za uspešen postopek adhezije. Skladiščenje in zaloga sta kritični kontrolni točki (KKT). Te KKT se nahajajo kjer koli v celotnem procesu, kjer se površina materiala lahko spremeni, na bolje ali na slabše, in morda nenamerno. KKT shranjevanja je ključnega pomena za jedkani PTFE, ker je na novo kemično očiščena površina tako reaktivna, da lahko vse, s čimer pride v stik, spremeni in poslabša vaše delo.
Najboljša praksa pri shranjevanju PTFE materiala po jedkanju je uporaba originalne embalaže, v kateri je bil prispel, če jo je mogoče ponovno zapreti. Če te ni na voljo, so vrečke z UV-zaščito dobra alternativa. PTFE material čim bolj hranite stran od zraka in vlage, preden ga poskusite vezati, pa izmerite kontaktni kot, da se prepričate, da je ohranil svojo sposobnost vezave.
PTFE je izjemen material z neštetimi možnostmi uporabe, vendar ga je treba za kar najboljši izkoristek v večini primerov kemično jedkati in nato vezati. Da bi to zagotovili v zadostni meri, je treba uporabiti test, ki je občutljiv na kemične spremembe na površini. Sodelujte s strokovnjakom za materiale, ki razume vaš proizvodni proces, da optimizirate jedkanje in vnesete gotovost v svoj potek dela.
Čas objave: 17. julij 2023