W takich dziedzinach jak mikroprzepływy, chromatografia cieczowa, instrumenty IVD i opracowywanie leków wybór materiałów na komponenty płynowe ma bezpośredni wpływ na dokładność sprzętu, żywotność i stabilność systemu.
W przeszłości materiały metaliczne, takie jak stal nierdzewna 316L i stopy tytanu, były szeroko stosowane w precyzyjnych elementach hydraulicznych. Jednakże w zastosowaniach obejmujących kanały w skali mikronowej, media o wysokiej czystości, odczynniki korozyjne i badania biologiczne materiały metaliczne mogą napotykać problemy, takie jak zadziory, korozja, wymywanie jonów metali i adsorpcja próbki.
W rezultacie konstrukcyjne tworzywa sztuczne, takie jak PEEK, PTFE, PFA i PEI, stają się coraz bardziej preferowanymi materiałami z wyboru na elementy mikroprzepływowe.
Jakie są zalety tworzyw konstrukcyjnych w branży mikroprzepływów?
I. Dlaczego nie metal? „Cztery wyzwania” kanałów mikroprzepływowych
Korpusy zaworów z PEEK a korpusy zaworów z metalu
Wymiary kanałów w układach mikroprzepływowych są zazwyczaj bardzo małe, co oznacza, że nawet drobne wady powierzchniowe materiału są powiększane. W przypadku komponentów płynnych materiał musi być nie tylko „funkcjonalny”, ale także pozostać stabilny w dłuższej perspektywie.
01
Zadziory i czystość:
Mikropory i otwory poprzeczne są podatne na zadziory, które mogą mieć wpływ na stabilność przepływu i czystość systemu.
02
Korozja chemiczna i wymywanie jonów metali:
W środowiskach o wysokim stężeniu soli, mocnych kwasach lub zasadach lub rozpuszczalnikach organicznych metale mogą korodować i zanieczyszczać próbkę.
03
Zastosowania takie jak biokompatybilne
IVD i nauki przyrodnicze wymagają niskiej adsorpcji, sterylizacji i stabilnego kontaktu.
04
Złożone konstrukcje i potrzeba lekkiej konstrukcji
— mikrootwory, wąskie szczeliny i cienkościenne konstrukcje — stawiają większe wymagania w zakresie wydajności produkcji i montażu.
II. Analiza właściwości czterech głównych tworzyw konstrukcyjnych
Systemy mikroprzepływowe charakteryzują się wyjątkowo małymi wymiarami kanałów, a czynniki takie jak powierzchnie materiału, połączenia kanałów i pozostałości po obróbce mogą mieć wpływ na stabilność płynu.
ZERKAĆ
Odporność na wysoką temperaturę | Wysoka wytrzymałość | Odporność na ciśnienie. Nadaje się do korpusów zaworów wysokociśnieniowych, głowic pomp, złączek chromatograficznych i precyzyjnych komponentów mikroprzepływowych.
PTFE
Odporny na korozję | Niskie tarcie | Nieprzywierająca | Niska adsorpcja: Nadaje się do rurociągów niskociśnieniowych, uszczelek, membran i wykładzin odpornych na korozję
PFA
Odporny na korozję | Wysoka czystość | Półprzezroczyste | Stabilne wymiarowo. Odpowiednie do rurociągów chemicznych o wysokiej czystości, ścieżek przepływu półprzewodników i instrumentów bioanalitycznych
PEI
Odporne na ciepło | Wysoka sztywność | Możliwość formowania wtryskowego | Ekonomiczne Odpowiednie do osprzętu, podłoża, obudów i gniazd chipowych
III. Kluczowe kwestie dotyczące wyboru trzech typów komponentów podstawowych
Zawory, głowice pomp i złącza rurek to trzy typy elementów, które najprawdopodobniej wpływają na stabilność układów mikroprzepływowych. Przy wyborze tych komponentów należy zwrócić uwagę na zadziory wewnętrzne, odporność na korozję, stabilność wymiarową, niskie wymywanie i niską adsorpcję.
IV. Szybki przewodnik wyboru
| Tworzywo | Odporność na temperaturę | Odporność chemiczna | Wytrzymałość mechaniczna | Przezroczystość | Koszt |
| ZERKAĆ | Wysoka 260 ℃ | Doskonała odporność na większość rozpuszczalników organicznych | Niezwykle wysoki | Nieprzejrzysty | Wysoki |
| PTFE | Wysoka 260 ℃ | Praktycznie odporny na korozję | Stosunkowo niski | Nieprzejrzysty | Średni |
| PFA | Wysoka 260 ℃ | Praktycznie odporny na korozję | Umiarkowany | Przeświecający | Wysoki |
| PEI | Średnio-wysoka 180 ℃ | Umiarkowany | Wysoki | Kolor bursztynowy, półprzezroczysty | Średni |
V. Więcej niż tylko materiały — tu chodzi o rzemiosło
01 Projektowanie procesu
02 Precyzyjna obróbka
03 Gratowanie i czyszczenie
04 Kontrola i walidacja
Elementy o wysokiej precyzji wymagają szczególnej uwagi: ocenie procesu konstrukcyjnego, precyzyjnym parametrom obróbki, gratowaniu, czyszczeniu i kontroli mikroskopowej wewnętrznego kanału przepływu.
Zła obróbka: Widoczne zadziory i pozostałości przy otworze otworu
Dobra obróbka: czystsze otwarcie otworu i bardziej spójny kontur
IV. Wniosek
W zastosowaniach mikroprzepływowych nie ma jednego „najlepszego” materiału; istnieją raczej materiały, które są lepiej dostosowane do określonych warunków pracy. PEEK wyróżnia się ogólną wydajnością, PTFE/PFA odpornością na korozję i wysoką czystością, a PEI integralnością strukturalną i opłacalnością. Wybór odpowiedniego materiału musi być połączony z odpowiednimi technikami przetwarzania, aby zapewnić długoterminową, stabilną pracę systemu.