Структура матеріалу та хімічна стійкість
Хімічна стійкість фторполімерних матеріалів відрізняється в залежності від їх молекулярної структури. PTFE, основний матеріал для нагрівальних плит, має повністю фторовану структуру, яка забезпечує чудову стійкість до хімічного впливу. PVDF, будучи фторполімером, має частково фторовану структуру з присутніми атомами водню. Повністю фторована структура PTFE забезпечує чудову стійкість до агресивного хімічного впливу.
Підприємство з виробництва друкованих плат зі змішаними-розчинами кислотного травлення задокументувало випробування стабільності матеріалу. Зразки PTFE не показали помітної втрати ваги або деградації поверхні після 12 місяців впливу. Зразки ПВДФ показали втрату ваги від 1,5 до 2,5 відсотка та деградацію поверхні, включаючи зміну кольору та мікро-тріщини. Стабільність матеріалу PTFE була значно кращою у змішаному-кислотному середовищі.
| Параметр експозиції | PTFE (нагрівальна плита) | PVDF | Різниця |
|---|---|---|---|
| Втрата ваги після 12 місяців | <0.1% | 1.5-2.5% | PTFE кращий |
| Деградація поверхні | Жодного | Зміна кольору, мікро-тріщини | PTFE кращий |
| Збереження міцності на розрив | 98-100% | 85-90% | PTFE кращий |
| Збереження подовження | 95-100% | 80-85% | PTFE кращий |
| Теплові властивості | Без змін | Незначна деградація | PTFE кращий |
Механізми хімічної атаки в змішаних кислотах
Змішані-кислотні травильні розчини містять комбінації мінеральних кислот, які створюють синергетичні механізми атаки. Кислоти можуть включати сірчану, азотну, соляну та плавикову кислоти в різних комбінаціях. Окиснювальна природа деяких компонентів, зокрема азотної кислоти, прискорює деградацію частково фторованих матеріалів, таких як PVDF.
У напівпровідниковій установці зі змішаними-ваннами кислотного травлення проаналізовано механізми деградації обох матеріалів. Матеріал PVDF показав розрив ланцюга вуглець-водневих зв’язків, що призвело до зменшення молекулярної маси та деградації поверхні. Матеріал PTFE не показав такого погіршення через його повністю фторовану структуру. Механізм хімічного впливу був специфічним для матеріалу PVDF.
Вплив температури на стабільність матеріалу
Підвищена робоча температура 75 градусів прискорює хімічну атаку на обидва матеріали, але впливає на них по-різному. Швидкість деградації PVDF значно зростає з температурою, причому швидкість деградації приблизно подвоюється на кожні 10 градусів вище 50 градусів. Швидкість деградації PTFE набагато нижча і лише помірно збільшується з температурою.
Обладнання з твердого хрому зі змішаним-кислотним травленням підтвердило вплив температури на стабільність матеріалу. Міцність на розрив ПВДФ знизилася на 25 відсотків через 6 місяців при 75 градусах порівняно зі зниженням на 10 відсотків при 60 градусах. PTFE не продемонстрував зниження міцності на розрив при будь-якій температурі. Стабільність матеріалу PTFE при підвищеній температурі була кращою.
Набухання PVDF і зміни розмірів
PVDF поглинає агресивні хімічні речовини, викликаючи зміни розмірів, які впливають на продуктивність обладнання. Здуття може спричинити розширення матеріалу, створюючи навантаження на нагрівальний елемент. Набряк більш значний при вищих температурах і агресивніших хімікатах. PTFE демонструє мінімальне поглинання та зміни розмірів у змішаних-кислотних середовищах.
Обладнання для друкованої плати зі змішаним-кислотним травленням задокументувало характеристики набухання PVDF. Зразки PVDF показали зміни розмірів на 2-4 відсотки після впливу змішаного-кислотного розчину при 75 градусах. Набряк був найбільш значним у перші 100 годин впливу, потім стабілізувався. Зразки PTFE показали зміни розмірів менше ніж на 0,5 відсотка. Стабільність розмірів PTFE була вищою.
| матеріал | Набряк при 75 градусах | Зміна розмірів | Вплив на продуктивність |
|---|---|---|---|
| PTFE (нагрівальна плита) | <0.5% | Незначний | Жодного ефекту |
| PVDF (стандарт) | 2-4% | Значний | Може впливати на посадку та герметичність |
| PVDF (високо-клас) | 1-3% | Помірний | Може вплинути на продуктивність |
| PVDF (модифікований) | 1-2% | Помірний | Знижений ефект |
Хімічне проникнення та проникнення
Проникнення хімічних речовин через матеріал може вплинути на захист нагрівального елемента. PVDF має вищу проникність для деяких хімічних речовин, ніж PTFE, що дозволяє агресивним компонентам досягати нагрівального елементу. Проникнення може призвести до корозії нагрівального елемента та остаточного виходу з ладу. PTFE забезпечує чудовий бар'єрний захист від хімічного проникнення.
Напівпровідникова установка зі змішаним-кислотним травленням виміряла хімічну проникність через обидва матеріали. PVDF показав проникнення азотної кислоти зі швидкістю в 3-5 разів вищою, ніж PTFE. Проникнення збільшується з температурою та часом впливу. PTFE не показав помітного проникнення будь-якого кислотного компонента протягом 12 місяців впливу.
Морфологія поверхні та адгезія відкладень
Морфологія поверхні двох матеріалів впливає на адгезію забруднень. Поверхні з PTFE є гідрофобними та забезпечують мінімальні місця кріплення для відкладень. Поверхні PVDF є більш гідрофільними та можуть забезпечити більше місць прикріплення. Адгезія відкладень впливає на вимоги до очищення та ефективність теплопередачі.
Застосування твердого хрому зі змішаним-кислотним травленням підтвердило адгезію відкладень на обох матеріалах. Відкладення на PTFE легко видаляються стандартними процедурами очищення. Відкладення на PVDF вимагали більш агресивного очищення та показали вищу адгезію. Поверхня PTFE забезпечила кращу стійкість до адгезії відкладень.
