V oblastiach chemickej analýzy, biofarmaceutík a materiálového výskumu a vývoja sa hrozba korozivity rozpúšťadla pre výkon zariadenia stáva čoraz výraznejšou. Keď tradičné ventily fľaše hliníka prichádzajú do kontaktu so silnými kyselinami (ako je koncentrovaná kyselina sulfurová), silné alkalis (ako je hydroxid sodný) a organické rozpúšťadlá (ako je acetón), sú náchylné na koróziu povrchu, potiahnutie odlupovania alebo degradáciu mechanických vlastností, čo vedie k zníženej presnosti dávkovania a zlyhania zariadenia. D1S2.8 120MCL dávkovací hliníkový pohár Jeden palcový kvantitatívny ventil fľaše zavádza poťahy polytetrafluóretylénu (PTFE), počnúc vnútornými vlastnosťami materiálu, aby sa vytvoril systém aktívnej ochrany pre korozívne prostredie a poskytoval nové roztok pre presné meranie zariadenia.
Silná väzba C-F molekulárneho reťazca PTFE jej dodáva extrémne nízku povrchovú energiu (asi 18 m/m), ktorá je základným fyzickým základom na dosiahnutie superhydrofóbnosti. V 10 μm povlaku molekulárne reťazce PTFE spolupracujú prostredníctvom nasledujúcich mechanizmov:
Zariadenie nasmerovaného molekulárneho reťazca: Počas procesu rozprašovania, keď sa vysokoteplotné roztavené PTFE ochladzuje na povrchu povrchového substrátu, sú molekulárne reťazce usporiadané vo vertikálnom smere, aby sa vytvorila drsná štruktúra v nano mierke.
Kompozitná štruktúra mikro-nano: Povrchový povrch je distribuovaný s výčnelkami v mikrónovej mierke 50-200nm a pórmi nanočase 10 až 50 nm. Vďaka tejto štruktúre je uhol kontaktného kvapôčok s vodou dosahovaný 110 °, čo je ďaleko presahujúca obyčajný hydrofóbny povrch (> 90 °).
Efekt valcovania trenia: Keď sa korozívna kvapalina dotýka povlaku, kvapka tvorí sférický tvar v dôsledku povrchového napätia a môže sa roztočiť v uhle sklonu iba 2 °, čím skráti kontaktný čas s substrátom o viac ako 90%.
Chemická inertnosť PTFE pochádza z jej úplne nasýtenej uhlíkovej fluórnej štruktúry, vďaka ktorej je interakcia medzi molekulárnymi reťazcami mimoriadne silná a ťažko sa zničila chemikáliami. Konkrétne sa prejavuje takto:
Rezistencia na rozpúšťadlá: V organických rozpúšťadlách, ako je acetón a tetrahydrofurán, zostáva špirálová konformácia molekulárneho reťazca PTFE stabilná a miera straty hmotnosti po 24 hodinách ponorenia je menšia ako 0,1%, čo je oveľa nižšia ako pri tradičných fluórokarbonových povlakoch (asi 1%).
Stabilita kyseliny a alkalií: v koncentrovanej kyseline sírovej (98%) a hydroxidu sodného (30%) sa na povrchu PTFE vyskytuje iba veľmi pomalá fyzikálna adsorpcia a deteguje sa žiadne rozbitie chemickej väzby alebo degradácia molekulárneho reťazca.
Odolnosť proti poveternostným vplyvom: V rozsahu -50 ℃ až 250 ℃ zostáva kryštalinita molekulárneho reťazca PTFE stabilná, pričom sa vyhýba praskaniu povlaku spôsobeného tepelnou expanziou.
Schopnosť samoliečenia poťahovania PTFE pramení z jeho jedinečných charakteristík pohybu molekulárneho reťazca a štruktúry pórov:
Migrácia molekulárneho reťazca: Keď sa na povrchu povlaku objavia škrabance na úrovni mikrónov, molekulárny reťazec PTFE môže migrovať pozdĺž smeru škrabancov pod stresom a automaticky vyplniť defekt.
Účinok pufrovania pórovitosti: Póry na úrovni mikrónov distribuované v povlaku umožňujú preniknúť malé množstvo kvapaliny, ale molekulárne reťazce PTFE na stene pórov sú usporiadané pod tlakom kvapaliny, aby sa vytvorila dynamická tesniaca vrstva.
Reagujú na životné prostredie: Vo vlhkom prostredí môžu molekuly vody adsorbované na povrchu PTFE podporovať sklz molekulárnych reťazcov a urýchliť proces samoliečenia.
Výkon poťahovania PTFE je veľmi závislý od parametrov procesu postrekovania:
Predbežné ošetrenie substrátu: Substrát CIN sa musí vyčistiť a ošetrený plazmovým činidlom Silane, aby sa zabezpečilo, že priľnavosť potiahnutia je ≥ 8 MPA.
Parametre postrekovania: Technológia rozprašovania plazmy sa používa na riadenie rozprašovacej vzdialenosti 150 mm, napätia 80 kV a prúdu 1,2a, aby sa vytvoril hustý a jednotný povlak.
Po ošetrení: Po postrekovaní sa vykonáva vysokoteplotné spekanie pri 350 ° na úplné kryštalizácie molekulárneho reťazca PTFE a zlepšenie tvrdosti (≥ 2H) a odolnosť proti opotrebeniu povlaku.
Na zabezpečenie stability výkonu povlaku je potrebné vytvoriť nasledujúce normy kontroly kvality:
Rovnomernosť hrúbky: odchýlka hrúbky povlaku je ≤ ± 1 μm prostredníctvom laserovej konfokálnej mikroskopie.
Kontrola pórovitosti: Pórovitosť je určená vniknutím ortuti a cieľová hodnota je 15%-20% na vyváženie hydrofóbnosti a schopnosti samoliečenia.
Overenie odolnosti proti korózii: V simulovanom korózii (napríklad 1mol/l H₂so₄ 0,1 mol/l NaCl) je zmena impedančnej zmeny povlaku monitorovaná elektrochemickou impedančnou spektroskopiou (EIS), aby sa zabezpečilo, že rýchlosť poklesu impedancie je <5% za 24 hodín.
Analýza mechanizmu ochrany PTFE povlaky
Superhydrofóbnosť znižuje riziko korózie prostredníctvom nasledujúcich mechanizmov:
Efekt kvapiek: Keď vysokorýchlostné kvapôčky zasiahli povlak, superhydrofóbny povrch spôsobí, že kvapky sa odrazia, aby sa predišlo korózii nárazu.
Izolácia vzduchového filmu: Keď sa kvapky rozpadnú, na povrchovej ploche sa vytvorí vzduchový film, ktorý blokuje priamy kontakt medzi korozívnym médiom a substrátom.
Samo čistenie funkcie: Superhydrofóbnosť sťažuje znečisťujúce látky, aby sa priľnali o povrch povlaku, čím sa znižuje výskyt miestnej korózie.
Chemická inerta PTFE dosahuje ochranu rozpúšťadla nasledujúcimi spôsobmi:
Fyzické tienenie: Hustá povlaková štruktúra zabraňuje prenikaniu molekúl rozpúšťadla a vyhýba sa korózii substrátu.
Molekulárna kompatibilita: Medzi PTFE a organickými rozpúšťadlami existuje iba slabá van der Waals a nedošlo k žiadnej chemickej reakcii.
Dlhodobá stabilita: Po 2000 hodinách nepretržitého kontaktu s rozpúšťadlami je miera straty hmotnosti potiahnutia stále nižšia ako 0,5%.
Mechanizmus samoliečenia rozširuje životnosť povlaku nasledujúcimi spôsobmi:
Oprava mikrokraku: Pod stresom molekulárne reťazce PTFE migrujú na trhliny a tvoria nové chemické väzby.
Utesnenie pórov: Prenikajúca kvapalina vytvára miestny vysoký tlak v póroch, čo podnecuje molekulárne reťazce na usporiadanie a zatvorenie pórov.
Oprava vyvolaná životným prostredím: Vo vlhkých alebo vysokých teplotných prostrediach sa miera samoliečenia výrazne zlepší a je možné obnoviť viac ako 90% ochranného výkonu povlaku.
Hodnota aplikácie PTFE povlaky v D1S2.8 Fľaša ventil
Poter PTFE umožňuje ventilu fľaše udržiavať stabilný povrch v korozívnom prostredí a odchýlka dávky sa zníži z ± 3% na ± 1%, čo výrazne zlepšuje presnosť analýzy.
V simulovanom scenári priemyselnej chromatografie je životnosť nepotiahnutého ventilu fľaše 6 mesiacov, zatiaľ čo životnosť ventilu fľaše potiahnutého PTFE presahuje 5 rokov a náklady na údržbu sa znižujú o 80%.
Farmaceutické pole: Pri príprave nano-drug povlaky znižuje odchýlku priemeru kvapiek od ± 10% do ± 3%, čím sa zlepšuje rovnomernosť lieku.
Chemická analýza: V spojení s automatickým vzorkovačom môže dosiahnuť 72 hodín kontinuálnej prevádzky s mierou zlyhania menšou ako 0,1%.
Monitorovanie životného prostredia: Vo vzorkovači PM2.5 umožňuje odolnosť poverenia povlaku zariadenia udržiavať stabilitu dávky v extrémnych prostrediach s mierou chybovosti s údajmi menšou ako 2%.
