В областях химического анализа, биофармацевтических препаратов и исследований и разработок материалов угроза коррозионности растворителя для производительности оборудования становится все более заметной. Когда традиционные клапаны алюминиевых бутылок вступают в контакт с сильными кислотами (такими как концентрированная серная кислота), сильные щелочи (такие как гидроксид натрия) и органические растворители (такие как ацетон), они подвержены поверхностной коррозии, покрыванию покрытия или деградации механического свойства, что приводит к снижению точности дозировки и даже в неудаче оборудования. Дозировка Aluminum Cup D1S2.8, алюминиевая чашка с однодюймовой бутылкой, вводит политетрафторээтилен (PTFE), начиная с внутренних свойств материала, для создания системы активной защиты для коррозионных сред, обеспечивая новое решение для точного измеряющего оборудования.
Сильная связка C-F молекулярной цепи PTFE дает ей чрезвычайно низкую поверхностную энергию (около 18 млн/м), которая является основной физической основой для достижения сверхгидрофобности. При покрытии 10 мкм молекулярные цепи PTFE работают вместе по следующим механизмам:
Направленное расположение молекулярной цепи: во время процесса распыления, когда высокотемпературный расплавленный PTFE охлаждается на поверхности подложки олова, молекулярные цепи расположены в вертикальном направлении, образуя наномасштабную грубую структуру.
Микронано-композитная структура: поверхность покрытия распределяется с выступом микронного масштаба 50-200 нм и наномасштабными полями 10-50 нм. Эта структура заставляет угол контакта капли воды достигает 110 °, что намного превышает обычную гидрофобную поверхность (> 90 °).
Эффект катания на трение: когда коррозийная жидкость контактирует с покрытием, капля образует сферическую форму из -за поверхностного натяжения и может катиться под углом наклона всего 2 °, уменьшая время контакта с подложкой более чем на 90%.
Химическая инертность PTFE исходит из его полностью насыщенной структуры углерода, что делает взаимодействие между молекулярными цепями чрезвычайно сильным и трудно разрушать химическими веществами. В частности, это проявляется следующим образом:
Устойчивость к растворителю. В органических растворителях, таких как ацетон и тетрагидрофуран, спиральная конформация молекулярной цепи PTFE остается стабильной, а скорость потери массы через 24 часа погружения составляет менее 0,1%, что намного ниже, чем у традиционных фторглеродных покрытий (около 1%).
Стабильность кислоты и щелочи: в концентрированной серной кислоте (98%) и гидроксиде натрия (30%) на поверхности PTFE возникает только очень медленная физическая адсорбция, а не обнаружено разрыва химической связи или деградации молекулярной цепи.
Устойчивость к погоде: в диапазоне от -50 до 250 ℃ кристалличность молекулярной цепи PTFE остается стабильной, избегая растрескивания покрытия, вызванного тепловым расширением.
Способность самовосстановления PTFE Attems проистекает из его уникальных характеристик движения молекулярной цепи и структуры пор:
Миграция молекулярной цепи: когда на поверхности покрытия появляются царапины на уровне микрон, молекулярная цепь PTFE может мигрировать вдоль направления царапины под напряжением и автоматически заполнять дефект.
Эффект буферизации пористости: пор, распределенные в покрытии, позволяют проникать в жидкости, но молекулярные цепи PTFE на стенке пор перестраиваются под давлением жидкости, чтобы сформировать динамический уплотнительный слой.
Отзывчивость окружающей среды: во влажной среде молекулы воды, адсорбированные на поверхности PTFE, могут способствовать проскальзыванию молекулярных цепей и ускорить процесс самовосстановления.
Производительность покрытия PTFE сильно зависит от параметров процесса распыления:
Предварительная обработка подложки: подложка для олова должна быть очищена и обработана плазмой и обработана агентом Silane Coupling, чтобы гарантировать, что адгезия покрытия составляет ≥8 МПа.
Параметры распыления: технология распыления плазмы используется для контроля распыления 150 мм, напряжения 80 кВ и тока 1,2А для образования плотного и равномерного покрытия.
После лечения: после опрыскивания высокотемпературное спекание при 350 ℃ выполняется для полного кристаллизации молекулярной цепи PTFE и улучшения твердости (≥2H) и износостойкой устойчивости покрытия.
Чтобы обеспечить стабильность производительности покрытия, необходимо установить следующие стандарты контроля качества:
Городская однородность: отклонение толщины покрытия составляет ≤ ± 1 мкм с помощью лазерной конфокальной микроскопии.
Контроль пористости: пористость определяется вторжением ртути, а целевое значение составляет 15% -20%, чтобы сбалансировать гидрофобность и способность к самовосстановлению.
Проверка коррозионной устойчивости: в моделируемой среде коррозии (такой как 1 моль/л h₂so₄ 0,1mol/l naCl) изменение импеданса покрытия контролируется с помощью электрохимической спектроскопии импеданса (EIS), чтобы гарантировать, что скорость падения сопротивления составляет <5% за 24 часа.
Анализ механизма защиты PTFE Atting
Супергидрофобность снижает риск коррозии посредством следующих механизмов:
Эффект отскока капель: когда высокоскоростные капли попадают в покрытие, супергидрофобная поверхность заставляет капли отскочить, чтобы избежать воздействия коррозии.
Изоляция воздушной пленки: когда капли катятся, на поверхности покрытия образуется воздушная пленка, блокируя прямой контакт между коррозионной средой и подложкой.
Функция самоочищения: супергидрофобность затрудняет загрязняющим веществам прилипнуть к поверхности покрытия, уменьшая возникновение локальной коррозии.
Химическая инертность PTFE достигает защиты растворителя следующим образом:
Физическое экранирование: плотная структура покрытия предотвращает проникновение молекул растворителя и избегает коррозии субстрата.
Молекулярная совместимость: между PTFE и органическими растворителями существует только слабая сила ван -дер -ваальса, и химическая реакция не происходит.
Долгосрочная стабильность: после 2000 часов непрерывного контакта с растворителями уровень потери массы покрытия по-прежнему составляет менее 0,5%.
Механизм самовосстановления расширяет жизнь покрытия следующими способами:
Ремонт микротрещин: при стрессе молекулярные цепи PTFE мигрируют в трещины и образуют новые химические связи.
Уплотнение пор: проникающая жидкость образует локальное высокое давление в пор, побуждая молекулярные цепи переставлять и закрывать поры.
Восстановление окружающей среды: во влажных или высоких температурных средах скорость самовосстановления значительно улучшается, и более 90% защитных характеристик покрытия можно восстановить.
Значение приложения PTFE COTPER в D1S2.8 Клапан бутылки
Покрытие PTFE позволяет клапану бутылки поддерживать стабильное поверхностное состояние в коррозийной среде, а отклонение дозировки уменьшается с ± 3% до ± 1%, что значительно повышая точность анализа.
В сценарии анализа моделируемой промышленной хроматографии срок службы клапана без покрытия составляет 6 месяцев, в то время как срок службы клапана бутылки с покрытием PTFE превышает 5 лет, а стоимость технического обслуживания снижается на 80%.
Фармацевтическое поле: в приготовлении наносимых лекарств покрытие уменьшает отклонение диаметра капель с ± 10% до ± 3%, улучшая однородность препарата.
Химический анализ: в сочетании с автоматическим пробоотборником он может достичь 72 часов непрерывной работы с частотой отказа менее 0,1%.
Мониторинг окружающей среды: в пробоотборне PM2.5 сопротивление погоды на покрытии позволяет устройству поддерживать стабильность дозировки в экстремальных средах с частотой ошибок данных менее 2%.
