Kas lõõmutamine muudab treimise teel valmistatud PTFE-kilede pinna karedust?

Lõõmutamine muudab oluliselt treimise teel valmistatud PTFE-kilede pinnakaredust, näidates üldiselt vähenenud karedust ja siledamat pinda. Sellega kaasnevad korrapärased muutused pinna mikrostruktuuris. Peamised põhjused on tihedalt seotud PTFE kristallilisuse, treimise ajal jääkpinge vabanemise ja molekulaarse ahela ümberkorraldamisega.

I. Treitud PTFE-kilede esialgne pinnaseisund
Treimine hõlmab PTFE varraste/torude mehaanilist keeramist kilede saamiseks. Töötlemise ajal tekitab tööriista lõikamine kile pinnale suunatud lõikejälgi (nagu paralleelsed mikrosooned ja jämedused). Lõikamisel tekkiv nihkejõud paneb pinna molekulaarahelad orienteeruma, tekitades jääkpinget. Samal ajal on lokaalne kristalliseerumine häiritud (mille tulemuseks on amorfsed piirkonnad või mikrokristallilised moonutused). Selle tulemuseks on suhteliselt kõrge esialgne pinnakaredus (Ra/Rz) ja ebaühtlane pinnamorfoloogia treitud kiles.

II. Pinna kareduse muutmise mehhanism lõõmutamise teel
PTFE klaasistumistemperatuur on ligikaudu -120 kraadi ja sulamistemperatuur ligikaudu 327 kraadi. Lõõmutamine toimub tavaliselt temperatuuril 150–300 kraadi (alla sulamistemperatuuri kõrge elastsuse vahemikus). Selle protsessi käigus toimub filmis kolm peamist muutust, mis mõjutavad otseselt pinna karedust:

Jääkpinge vabastamine: Pööramisel tekkiv nihkepinge ja sisemine pinge vabanevad lõõmutamise ajal järk-järgult. Pinna pingest põhjustatud mikro-väändused ja soone moonutused on tasandatud, vähendades mikroskoopilisi eendeid ja süvendeid pinnal.

Molekulaarse ahela ümberkorraldamine ja kristalliseerumise paranemine: Amorfsete piirkondade molekulaarsed ahelad läbivad termilise liikumise, mis asetseb ümber stabiilsema kristallilise oleku suunas. Mikrokristallid kasvavad ja paranevad (tera karestumine) ning algselt lõikamisel häiritud moonutatud kristalsed piirkonnad muutuvad korrapärasemaks, täites pinnal mikroskoopilisi tühimikuid ja muutes pinna tihedamaks.

Pinna mikro-defektide kõrvaldamine: Pööramisel tekkivad pinnal tekkinud mikromurrud ja mikropraod siluvad PTFE kõrge elastsuse ja viskoosse voolamise omadused termilise toimega (madala -sulamistemperatuuriga-pinna mikrokristallide kerge sulandumine). Suunatud lõikesooned täidetakse ja passiveeritakse ning väheneb nii soonte sügavus kui laius.

III. Pinna kareduse muutused pärast lõõmutamist
Mõistliku lõõmutamisprotsessi (temperatuur, hoidmisaeg, jahutuskiirus) korral näitab treitud PTFE-kilede pinnakaredus kontrollitavat langustrendi, millel on selge protsessisõltuvus:
Temperatuuriefekt: vahemikus 150–280 kraadi väheneb karedus (Ra) pidevalt lõõmutamistemperatuuri tõustes; aga kui temperatuur läheneb 300 kraadile (sulamistemperatuuri lähedal), tekib pinnal kerge viskoosse voolu deformatsioon. Kui hoidmisaeg on liiga pikk, võib see põhjustada pinna lokaalseid eendiid ja karedus võib veidi suureneda.

Ajaefekt: esialgsel hoidmisperioodil (0,5-2 tundi) väheneb karedus kõige kiiremini (kiire pinge vabanemine ja kiire kristalliseerumine); kui hoidmisaeg ületab 2h, aeglustub kareduse vähenemine, saavutades küllastumise.

Jahutuskiirus: Aeglane jahutamine (nt 5-10 kraadi /min) soodustab molekulaarsete ahelate korrapärast paigutust, mille tulemuseks on korrapärasem kristalliseerumine ja siledam pind; kiire jahutamine toob kaasa mikrokristallide kustutamise, ebaühtlase kristalliseerumise ja halvema kareduse vähendamise efekti.

IV. Erijuhtumid: sobimatu lõõmutamise protsessi kahjulikud tagajärjed

Kui lõõmutamistemperatuur on liiga kõrge (üle 320 kraadi või sellega võrdne), säilitusaeg on liiga pikk või kuumutuskiirus on liiga kiire, võib see põhjustada:

PTFE pinnakihi lokaalne sulamine, mille tulemuseks on viskoossed pinnapuhangud ja kokkutõmbumisõõnsused;
Liigne tera karestumine, mis tekitab tera piiride eendeid, mis tegelikult suurendab pinna karedust;
Kile läbib termilise kokkutõmbumise, mille tulemusena tekivad pinnale makroskoopilised kortsud, mis suurendavad oluliselt nähtavat karedust.

Seetõttu sõltub pinnakareduse parandamine lõõmutamise teel protsessist- ja seda tuleb kontrollida mõistliku parameetrite vahemikus.

V. Täiendavad efektid: Pinna orientatsiooni kadu Töödeldud kilede pinnal on lõikeprotsessi tõttu selge molekulaarse ahela orientatsioon (joondatud lõikesuunaga). Pärast lõõmutamist kaob see orientatsioon termilise liikumisega, muutes pinna anisotroopsest lõiketekstuurist isotroopseks siledaks morfoloogiaks. See on kareduse vähendamise oluline visuaalne tunnus, millega kaasnevad isotroopsed muutused kile mehaanilistes omadustes (nagu tõmbetugevus ja katkemispikenemine).

Kokkuvõttes on lõõmutamine tõhus vahend töödeldud PTFE-kilede pinnakareduse parandamiseks. Sobivates töötlemistingimustes võib see oluliselt vähendada karedust, kõrvaldada lõikejälgi ning saada sileda ja tiheda pinna. Põhimõtteliselt saavutab see termilise toime kaudu jääkpinge vabanemise, molekulaarse ahela ümberkorraldamise ja kristalliseerumise täiuslikkuse. Protsessi parameetrid (temperatuur, aeg, jahutuskiirus) on põhitegurid, mis määravad kareduse muutmise efekti; ebaõiged protsessid võivad põhjustada kareduse suurenemist.