În domeniile analizei chimice, biofarmaceutice și cercetarea și dezvoltarea materială, amenințarea corozivității solventului față de performanța echipamentelor devine din ce în ce mai proeminentă. Atunci când valvele tradiționale de sticlă de aluminiu intră în contact cu acizi puternici (cum ar fi acidul sulfuric concentrat), alcali puternici (cum ar fi hidroxidul de sodiu) și solvenții organici (cum ar fi acetona), acestea sunt predispuse la coroziunea de suprafață, acoperirea decojită sau degradarea proprietății mecanice, ceea ce duce la reducerea preciziei dozei de doză și a eșecului echipamentului. D1S2.8 120MCL DOSAGE CUMINUM CUMINUM CUP VALVA CU TIMPUL Cantitativ introduce acoperirea politetrafluoroetilenei (PTFE), începând de la proprietățile intrinseci ale materialului, pentru a construi un sistem de protecție activă pentru medii corozive, oferind o nouă soluție pentru echipamentele de contorizare de precizie.
Legătura C-F puternică a lanțului molecular PTFE îi conferă o energie de suprafață extrem de scăzută (aproximativ 18 mn/m), care este baza fizică de bază pentru obținerea superhidrofobicității. În acoperirea de 10μm, lanțurile moleculare PTFE funcționează împreună prin următoarele mecanisme:
Aranjament de lanț molecular direcționat: în timpul procesului de pulverizare, când PTFE topită la temperatură ridicată se răcește pe suprafața substratului de staniu, lanțurile moleculare sunt aranjate în direcția verticală pentru a forma o structură aspră la scară nano.
Structura compozită micro-nano: Suprafața de acoperire este distribuită cu proeminențe la scară micronă 50-200nm și pori la scară nano 10-50 nm. Această structură face ca unghiul de contact al picăturii de apă să ajungă la 110 °, depășind cu mult suprafața hidrofobă obișnuită (> 90 °).
Efectul de frecare la rulare: Când lichidul coroziv contactează acoperirea, picăturile formează o formă sferică datorită tensiunii de suprafață și se poate rostogoli într -un unghi de înclinare de numai 2 °, reducând timpul de contact cu substratul cu mai mult de 90%.
Inerea chimică a PTFE provine din structura sa complet saturată de fluor de carbon, ceea ce face ca interacțiunea dintre lanțurile moleculare să fie extrem de puternică și dificil de distrus de substanțe chimice. Mai exact, se manifestă după cum urmează:
Rezistența la solvent: în solvenții organici, cum ar fi acetona și tetrahidrofuranul, conformația elicoidală a lanțului molecular PTFE rămâne stabilă, iar rata de pierdere în masă după 24 de ore de imersiune este mai mică de 0,1%, ceea ce este mult mai mic decât cea a acoperirilor tradiționale de fluorocarbon (aproximativ 1%).
Stabilitatea acidului și alcalinului: în acidul sulfuric concentrat (98%) și hidroxidul de sodiu (30%), nu are loc doar o adsorbție fizică foarte lentă pe suprafața PTFE și nu este detectată nicio rupere a legăturilor chimice sau degradarea lanțului molecular.
Rezistența la intemperii: în intervalul de la -50 ℃ până la 250 ℃, cristalinitatea lanțului molecular PTFE rămâne stabilă, evitând fisurarea acoperirii cauzată de expansiunea termică.
Abilitatea de auto-vindecare a acoperirii PTFE provine din caracteristicile sale unice de mișcare a lanțului molecular și structura porilor:
Migrația lanțului molecular: Când apar zgârieturi la nivel de micron pe suprafața acoperirii, lanțul molecular PTFE poate migra de-a lungul direcției de zgârietură sub tensiune și umple automat defectul.
Efectul de tamponare a porozității: porii la nivel micron distribuit în acoperire permit să pătrundă o cantitate mică de lichid, dar lanțurile moleculare PTFE de pe peretele porilor sunt reorganizate sub presiune lichidă pentru a forma un strat dinamic de etanșare.
Răspunderea mediului: Într-un mediu umed, moleculele de apă adsorbite pe suprafața PTFE pot promova alunecarea lanțurilor moleculare și pot accelera procesul de auto-vindecare.
Performanța acoperirii PTFE depinde foarte mult de parametrii procesului de pulverizare:
Pretratarea substratului: substratul de staniu trebuie curățat cu plasmă și tratat cu agent de cuplare silan pentru a se asigura că aderența de acoperire este ≥8MPa.
Parametri de pulverizare: Tehnologia de pulverizare cu plasmă este utilizată pentru a controla distanța de pulverizare de 150 mm, tensiunea de 80kV și curentul de 1.2A pentru a forma o acoperire densă și uniformă.
Post-tratament: După pulverizare, sinterizarea la temperatură ridicată la 350 ℃ este efectuată pentru a cristaliza complet lanțul molecular PTFE și pentru a îmbunătăți duritatea (≥2H) și rezistența la uzură a acoperirii.
Pentru a asigura stabilitatea performanței acoperirii, trebuie stabilite următoarele standarde de control al calității:
Uniformitatea grosimii: abaterea grosimii acoperirii este ≤ ± 1μm prin microscopie confocală laser.
Controlul porozității: Porozitatea este determinată de intruziunea mercurului, iar valoarea țintă este de 15% -20% pentru a echilibra hidrofobicitatea și capacitatea de auto-vindecare.
Verificarea rezistenței la coroziune: Într -un mediu de coroziune simulat (cum ar fi 1mol/l h₂so₄ 0,1mol/l NaCl), schimbarea impedanței acoperirii este monitorizată prin spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS) pentru a se asigura că rata de scădere a impedanței este <5% în 24 de ore.
Analiza mecanismului de protecție a acoperirii PTFE
Superhidrofobicitatea reduce riscul de coroziune prin următoarele mecanisme:
Efectul de respingere a picăturilor: Când picăturile de mare viteză lovesc acoperirea, suprafața suprahidrofobă face ca picăturile să sară pentru a evita coroziunea de impact.
Izolarea filmului de aer: Când picăturile se rostogolesc, se formează o peliculă de aer pe suprafața de acoperire, blocând contactul direct dintre mediul coroziv și substrat.
Funcția de auto-curățare: Superhidrofobicitatea îngreunează poluanții să respecte suprafața de acoperire, reducând apariția coroziunii locale.
Inerea chimică a PTFE atinge protecția solventului în următoarele moduri:
Scutire fizică: structura de acoperire densă împiedică pătrunderea moleculelor de solvent și evită coroziunea substratului.
Compatibilitatea moleculară: există doar o forță slabă a van der Waals între PTFE și solvenții organici și nu are loc nicio reacție chimică.
Stabilitatea pe termen lung: După 2000 de ore de contact continuu cu solvenți, rata de pierdere în masă a acoperirii este încă mai mică de 0,5%.
Mecanismul de auto-vindecare extinde viața de acoperire prin următoarele moduri:
Repararea microcrackului: sub stres, lanțurile moleculare PTFE migrează la fisuri și formează noi legături chimice.
Sigilarea porilor: lichidul penetrant formează o presiune ridicată locală în pori, ceea ce determină lanțurile moleculare să reorganizeze și să închidă porii.
Reparație indusă de mediu: în medii umede sau la temperaturi ridicate, rata de auto-vindecare este îmbunătățită semnificativ și mai mult de 90% din performanța de protecție a acoperirii pot fi restabilite.
Valoarea de aplicare a acoperirii PTFE în D1S2.8 Supapă de sticlă
Acoperirea PTFE permite valvei sticlei să mențină o stare de suprafață stabilă într -un mediu coroziv, iar abaterea dozei este redusă de la ± 3% la ± 1%, îmbunătățind semnificativ precizia analizei.
În scenariul de analiză a cromatografiei industriale simulate, durata de viață a valvei de sticlă neacoperită este de 6 luni, în timp ce durata de viață a valvei de sticlă acoperită cu PTFE depășește 5 ani, iar costul de întreținere este redus cu 80%.
Câmp farmaceutic: În prepararea nano-drogurilor, acoperirea reduce abaterea diametrului picăturii de la ± 10% la ± 3%, îmbunătățind uniformitatea medicamentului.
Analiza chimică: în combinație cu eșantionatorul automat, poate realiza 72 de ore de funcționare continuă cu o rată de eșec mai mică de 0,1%.
Monitorizarea mediului: În eșantionatorul PM2.5, rezistența la intemperii a acoperirii permite dispozitivului să mențină stabilitatea dozei în medii extreme, cu o rată de eroare de date mai mică de 2%.
