Inom områdena kemisk analys, biofarmaceutikaler och materialforskning och utveckling blir hotet om lösningsmedelskorrosivitet för utrustningens prestanda alltmer framträdande. När traditionella aluminiumflaskventiler kommer i kontakt med starka syror (såsom koncentrerad svavelsyra), starka alkalier (såsom natriumhydroxid) och organiska lösningsmedel (såsom aceton), är de benägna att få korrosion, beläggning av skalning eller mekanisk egenskap, vilket resulterar i reducerad doseringsstyrning och jämn utrustning. D1S2.8 120MCl dosering av aluminiumkopp en-tums kvantitativ flaskventil introducerar polytetrafluoroetylen (PTFE) beläggning, med början från materialets inre egenskaper, för att bygga ett aktivt skyddssystem för frätande miljöer, vilket ger en ny lösning för precisionsmätningsutrustning.
Den starka C-F-bindningen av PTFE-molekylkedjan ger den en extremt låg ytenergi (cirka 18 mn/m), vilket är den fysiska grundläggande grunden för att uppnå superhydrofobicitet. I 10 um -beläggningen arbetar PTFE -molekylkedjorna tillsammans genom följande mekanismer:
Riktad molekylkedjearrangemang: Under sprutningsprocessen, när den högtemperaturen smälta PTFE kyls på ytan av tennsubstratet, är molekylkedjorna arrangerade i vertikal riktning för att bilda en nano-skala grov struktur.
Mikro-nano-kompositstruktur: Beläggningsytan är fördelad med 50-200 nm mikronskala utsprång och 10-50 nm nano-skala porer. Denna struktur gör att vattendroppskontaktvinkeln når 110 °, vilket är långt över den vanliga hydrofoba ytan (> 90 °).
Rullande friktionseffekt: När den frätande vätskan kontaktar beläggningen bildar droppen en sfärisk form på grund av ytspänningen och kan rulla ner i en lutningsvinkel på endast 2 °, vilket minskar kontakttiden med underlaget med mer än 90%.
Den kemiska inertheten hos PTFE kommer från dess helt mättade kolfluorina struktur, vilket gör att interaktionen mellan molekylkedjor extremt stark och svår att förstöras av kemikalier. Specifikt manifesteras det enligt följande:
Solventresistens: I organiska lösningsmedel såsom aceton och tetrahydrofuran förblir den spiralformade konformationen av PTFE -molekylkedjan stabil, och massförlusthastigheten efter 24 timmars nedsänkning är mindre än 0,1%, vilket är mycket lägre än för traditionella fluorkolbeläggningar (cirka 1%).
Syra- och alkali -stabilitet: I koncentrerad svavelsyra (98%) och natriumhydroxid (30%) upptäcks endast mycket långsam fysisk adsorption på PTFE -ytan, och inget kemiskt bindningsbrott eller nedbrytning av molekylkedjor upptäcks.
Väderbeständighet: I intervallet -50 ℃ till 250 ℃ förblir kristalliniteten hos PTFE -molekylkedjan stabil, och undviker beläggningssprickor orsakade av termisk expansion.
PTFE-beläggningens självhelande förmåga härrör från dess unika molekylära kedjeledningsegenskaper och porstruktur:
Molekylkedjemigration: När repor på mikronivåer visas på beläggningen kan PTFE-molekylkedjan migrera längs skrapriktningen under stress och automatiskt fylla defekten.
Porositetsbuffringseffekt: Mikronnivån porer som är fördelade i beläggningen gör att en liten mängd vätska tränger igenom, men PTFE-molekylkedjorna på porväggen omarrangeras under vätsketryck för att bilda ett dynamiskt tätningsskikt.
Miljö responsivitet: I en fuktig miljö kan vattenmolekyler adsorberade på PTFE-ytan främja glidningen av molekylkedjor och påskynda självhelande processen.
Prestandan för PTFE -beläggning är mycket beroende av sprutprocessparametrarna:
Förbehandling av substrat: Tennsubstratet måste rengöras och behandlas plasma med silankopplingsmedel för att säkerställa att beläggnings vidhäftningen är ≥8MPa.
Sprutparametrar: Plasmasprutningsteknik används för att styra sprutavståndet på 150 mm, spänning på 80 kV och ström på 1,2A för att bilda en tät och enhetlig beläggning.
Efterbehandling: Efter sprutning utförs sintring med högtemperatur vid 350 ℃ för att helt kristallisera PTFE-molekylkedjan och förbättra hårdheten (≥2h) och slitmotståndet hos beläggningen.
För att säkerställa stabiliteten i beläggningsprestanda måste följande kvalitetskontrollstandarder fastställas:
Tjocklekens enhetlighet: Avvikelsen för beläggningstjockleken är ≤ ± 1 um genom laserkonfokal mikroskopi.
Porositetskontroll: Porositeten bestäms av kvicksilverintrång, och målvärdet är 15% -20% för att balansera hydrofobicitet och självhelande förmåga.
Korrosionsbeständighet Verifiering: I en simulerad korrosionsmiljö (såsom 1Mol/L H₂SO₄ 0,1 mol/L NaCl) övervakas impedansförändringen av beläggningen genom elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för att säkerställa att impedansfallshastigheten är <5% på 24 timmar.
Analys av skyddsmekanismen för PTFE -beläggning
Superhydrofobicitet minskar risken för korrosion genom följande mekanismer:
Droppe studseffekt: När höghastighetsdroppar träffar beläggningen får den superhydrofoba ytan att dropparna studsar för att undvika påverkan korrosion.
Luftfilmisolering: När droppar rullar ner bildas en luftfilm på beläggningsytan, vilket blockerar den direkta kontakten mellan det frätande mediet och underlaget.
Självrengöringsfunktion: Superhydrofobicitet gör det svårt för föroreningar att hålla sig till beläggningsytan, vilket minskar förekomsten av lokal korrosion.
Den kemiska inertheten hos PTFE uppnår lösningsmedelsskydd på följande sätt:
Fysisk skärmning: Den täta beläggningsstrukturen förhindrar att lösningsmedelsmolekyler penetrerar och undviker underlagskorrosion.
Molekylär kompatibilitet: Det finns bara en svag van der Waals -kraft mellan PTFE och organiska lösningsmedel, och ingen kemisk reaktion inträffar.
Långsiktig stabilitet: Efter 2000 timmars kontinuerlig kontakt med lösningsmedel är beläggningsmassförlusthastigheten fortfarande mindre än 0,5%.
Den självhelande mekanismen förlänger beläggningslivet på följande sätt:
Mikrokrackreparation: Under stress migrerar PTFE -molekylkedjor till sprickorna och bildar nya kemiska bindningar.
Portätning: Den penetrerande vätskan bildar lokalt högt tryck i porerna, vilket uppmanar molekylkedjorna att ordna om och stänga porerna.
Miljöinducerad reparation: I fuktiga eller höga temperaturmiljöer förbättras den självhelande hastigheten avsevärt och mer än 90% av beläggningens skyddande prestanda kan återställas.
Applikationsvärdet för PTFE -beläggning i D1S2.8 flaskventil
PTFE -beläggning gör det möjligt för flaskventilen att upprätthålla ett stabilt yttillstånd i en frätande miljö, och dosavvikelsen reduceras från ± 3% till ± 1%, vilket förbättrar analysnoggrannheten avsevärt.
I det simulerade industriella kromatografiscenariot är livslängden för den obelagda flaskventilen 6 månader, medan livslängden för den PTFE -belagda flaskventilen överstiger 5 år och underhållskostnaden minskas med 80%.
Läkemedelsfält: Vid framställningen av nano-läkemedel reducerar beläggningen droppdiameteravvikelsen från ± 10% till ± 3%, vilket förbättrar läkemedlets enhetlighet.
Kemisk analys: I samband med den automatiska samplaren kan den uppnå 72 timmars kontinuerlig drift med en felfrekvens på mindre än 0,1%.
Miljöövervakning: I PM2.5 -samplaren gör det möjligt för beläggningsmotståndet att bibehålla enheten att upprätthålla dosstabilitet i extrema miljöer, med en datafelhastighet på mindre än 2%.
