W dziedzinie analizy chemicznej, biofarmaceutyków oraz badań i rozwoju materialnego zagrożenie korozyjność rozpuszczalnika dla wydajności sprzętu staje się coraz bardziej widoczne. Gdy tradycyjne zawory butelki aluminium mają kontakt z silnymi kwasami (takimi jak stężony kwas siarkowy), silną alkalis (takie jak wodorotlenek sodu) i rozpuszczalniki organiczne (takie jak aceton), są one skłonne do korozji powierzchniowej, powlekania skierowania lub degradacji właściwości mechanicznej, wynikającego z zmniejszonego dokładności dozagów. D1S2.8 120MCl Dozowanie aluminiowa kubek z jednym calowym zaworem butelkowym wprowadza powłokę politetrafluoroetylenu (PTFE), zaczynając od właściwości wewnętrznych materiału, aby zbudować aktywny system ochrony dla środowisk korozyjnych, zapewniając nowe rozwiązanie dla urządzeń do pomiaru precyzyjnego.
Silne wiązanie C-F łańcucha molekularnego PTFE daje mu wyjątkowo niską energię powierzchniową (około 18 mn/m), co jest podstawową fizyczną podstawą do osiągnięcia superhydrofobowości. W powładzie 10 μm łańcuchy molekularne PTFE działają razem poprzez następujące mechanizmy:
Kierowane układ łańcucha molekularnego: Podczas procesu opryskiwania, gdy stopiony stopiony PTFE o wysokiej temperaturze ochładza się na powierzchni substratu blaszania, łańcuchy molekularne są ułożone w kierunku pionowym, tworząc szorstką strukturę w skali nano.
Struktura kompozytowa mikro-nano: Powierzchnia powłoki jest rozmieszczona z wypukłościami w skali mikronu 50-200 nm i porami w skali nano-50 nm. Struktura ta powoduje, że kąt styku kropli wodą osiąga 110 °, znacznie przekraczając zwykłą powierzchnię hydrofobową (> 90 °).
Efekt tarcia toczenia: Gdy ciecz żrący styka się z powłoką, kropla tworzy sferyczny kształt z powodu napięcia powierzchniowego i może toczyć się pod kątem nachylenia zaledwie 2 °, skracając czas kontaktu z podłożem o ponad 90%.
Chemiczna bezwładność PTFE wynika z jego w pełni nasyconej struktury węgla fluoriny, co sprawia, że interakcja między łańcuchami molekularnymi jest wyjątkowo silna i trudna do zniszczenia przez chemikalia. W szczególności przejawia się w następujący sposób:
Odporność na rozpuszczalniki: w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak aceton i tetrahydrofuran, spiralna konformacja łańcucha molekularnego PTFE pozostaje stabilna, a szybkość utraty masy po 24 godzinach zanurzenia jest mniejsza niż 0,1%, co jest znacznie niższe niż w tradycyjnych powłokach fluorokarnowych (około 1%).
Stabilność kwasu i alkalicznego: w stężonym kwasie siarkowym (98%) i wodorotlenku sodu (30%), tylko bardzo powolna adsorpcja fizyczna występuje na powierzchni PTFE i nie wykrywa się żadnego pęknięcia wiązania chemicznego ani degradacji łańcucha cząsteczkowego.
Odporność na pogodę: w zakresie od -50 ℃ do 250 ℃ krystaliczność łańcucha molekularnego PTFE pozostaje stabilna, unikając pęknięcia powłoki spowodowanej rozszerzeniem cieplnym.
Zdolność samozaparcia się powlekania PTFE wynika z jej unikalnej charakterystyki ruchu łańcucha molekularnego i struktury porów:
Migracja łańcucha molekularnego: Gdy na powierzchni powłoki pojawiają się zadrapania na poziomie mikronów, łańcuch molekularny PTFE może migrować wzdłuż kierunku zarysowania pod naprężeniem i automatycznie wypełniać wadę.
Efekt buforowania porowatości: Pory na poziomie mikronów rozłożone w powładzie pozwalają na penetracja niewielkiej cieczy, ale łańcuchy molekularne PTFE na ścianie porów są przełożone pod ciśnieniem cieczy, aby utworzyć dynamiczną warstwę uszczelniającą.
Reaktywność środowiskowa: W wilgotnym środowisku cząsteczki wody zaadsorbowane na powierzchni PTFE mogą promować poślizg łańcuchów molekularnych i przyspieszyć proces samoleczenia.
Wydajność powłoki PTFE jest wysoce zależna od parametrów procesu opryskiwania:
Wstępna obróbka substratu: substrat cynowy musi być czyszczony i traktowany osoczem silanym środkiem sprzęgającym, aby upewnić się, że adhezja powłoki wynosi ≥8MPa.
Parametry natryskiwania: Technologia natryskiwania plazmy służy do kontrolowania odległości opryskiwania 150 mm, napięcie 80 kV i prądu 1,2A, tworząc gęstą i jednolitą powłokę.
Po leczeniu: Po rozpyleniu wykonywane jest spiekanie o wysokiej temperaturze przy 350 ℃ w celu pełnej krystalizacji łańcucha molekularnego PTFE i poprawy twardości (≥2H) i odporności na zużycie powłoki.
Aby zapewnić stabilność wydajności powlekania, należy ustalić następujące standardy kontroli jakości:
Jednościowość grubości: Odchylenie grubości powłoki wynosi ≤ ± 1 μm przez laserową mikroskopię konfokalną.
Kontrola porowatości: Porowatość jest określana przez wtargnięcie rtęci, a wartość docelowa wynosi 15–20% w celu zrównoważenia hydrofobowości i zdolności do samodawności.
Weryfikacja oporności na korozję: W symulowanym środowisku korozji (takiego jak 1Mol/L H₂So₄ 0,1mol/L NaCl) zmiana impedancji powłoki jest monitorowana przez spektroskopię impedancji elektrochemicznej (EIS), aby upewnić się, że szybkość spadku impedancji wynosi <5% w ciągu 24 godzin.
Analiza mechanizmu ochrony powłoki PTFE
Superhydrofobowość zmniejsza ryzyko korozji poprzez następujące mechanizmy:
Efekt odbicia kropelek: Gdy szybkie kropelki uderzają w powłokę, powierzchnia superhydrofobowa powoduje odbicie kropel, aby uniknąć korozji uderzenia.
Izolacja folii powietrznej: Gdy kropelki toczą się, na powierzchni powłoki powstaje film powietrzny, blokując bezpośredni kontakt między pożywką żrącą a podłożem.
Funkcja samoczyszczącego: Superhydrofobowość utrudnia zanieczyszczenia przyleganie do powierzchni powłoki, zmniejszając występowanie lokalnej korozji.
Newa chemiczne PTFE osiąga ochronę rozpuszczalnika w następujący sposób:
Oszczędność fizyczna: gęsta struktura powłoki zapobiega penetracji cząsteczek rozpuszczalnika i pozwala uniknąć korozji substratu.
Kompatybilność molekularna: istnieje tylko słaba siła van der waals między PTFE i rozpuszczalnikami organicznymi i nie występuje reakcja chemiczna.
Długoterminowa stabilność: Po 2000 godzinach ciągłego kontaktu z rozpuszczalnikami wskaźnik utraty masy powłoki jest nadal mniejszy niż 0,5%.
Mechanizm samoleczenia rozszerza życie powłoki na następujące sposoby:
Naprawa mikrokredyjna: pod stresem łańcuchy molekularne PTFE migrują do pęknięć i tworzą nowe wiązania chemiczne.
Uszczelnienie porów: Penetrująca ciecz tworzy lokalne wysokie ciśnienie w porach, co skłania łańcuchy molekularne do zmiany i zamykania porów.
Naprawa indukowana przez środowisko: w środowiskach wilgotnych lub wysokiej temperatury wskaźnik samoleczenia jest znacznie ulepszony i można przywrócić ponad 90% wydajności ochronnej powłoki.
Wartość zastosowania powłoki PTFE w Zawór butelek D1S2.8
Powłoka PTFE umożliwia zaworowi butelki utrzymanie stabilnego stanu powierzchniowego w środowisku żrąckim, a odchylenie dawkowania jest zmniejszone z ± 3% do ± 1%, co znacznie poprawia dokładność analizy.
W symulowanym scenariuszu analizy chromatografii przemysłowej żywotność niepowlekanego zastawki butelki wynosi 6 miesięcy, podczas gdy żywotność zaworu butelki powlekanej PTFE przekracza 5 lat, a koszt utrzymania jest obniżony o 80%.
Pole farmaceutyczne: W przygotowaniu nano-leków powłoka zmniejsza odchylenie o średnicy kropelek od ± 10% do ± 3%, poprawiając jednolitość leku.
Analiza chemiczna: W połączeniu z automatycznym samplerem może osiągnąć 72 godziny ciągłego działania z szybkością awarii mniejszą niż 0,1%.
Monitorowanie środowiska: w próbniku PM2.5 odporność na pogodę powłoki umożliwia urządzeniu utrzymanie stabilności dawkowania w ekstremalnych środowiskach, z poziomem błędu danych mniejszym niż 2%.
