פלסטיק ופולימרים פותחו לראשונה (לעיתים קרובות בשוגג) בתחילת שנות ה – 30.
בקרב הציבור, טפלון, או (Polytetrafluoroethylene) PTFE, הוא הפולימר המוכר ביותר, זאת בזכות השימוש שלו כציפוי נון-סטיק לסירים ומחבתות. לטפלון יש כמובן מגוון רחב של שימושים נוספים, ביניהם במכשור רפואי, רכיבים אלקטרוניים, בתעשייה, בתעופה ועוד.
ברבות השנים פותחו עשרות פולימרים אולם רק במעטים מהם נעשה שימוש נרחב כמו זה שנעשה בטפלון.
השימוש בציפוי פארילן נפוץ מאוד בזכות יתרונותיו הרבים ולעיתים קרובות פארילן מספק פתרון טוב יותר מטפלון. פארילן, כמו טפלון, משמש להעצמת חוסן, הוספת אורך חיים, הגנה מקורוזיה, הפחתת חיכוך ועוד. שני החומרים משמשים ליישום ציפויים קונפורמיים על רכיבים אלקטרוניים ומעגלים מודפסים.
פולימרים שהתגלו במקרה
פארילן פותח על ידי כימאי יהודי ישראלי, בשם מיכאל שוורץ (Michael Szwarc) בשנת 1947 בעת שערך ניסויים על קשרים כימיים בין טבעות פחמן לבנזן. תוך כדי חימום פרא-קסילן גילה מייקל בציוד שלו משקעים קטנים ודמויי צינור. הוא זיהה את המשקע כפילמור של p-xylene ומכאן שמו, Parylene.
עד מהרה נמצאו לפארילן שימושים בתחום הרפואי כמחסום הידרופובי מצוין, כיום יש שפע שימושים נוספים בו כגון: ציפוי רכיבים אלקטרוניים (בין היתר, פארילן משמש ציפוי קונפורמי עבור מעגלים מודפסים), ציפוי מתכות שונות, ציפוי לגומי, כמשטח הגנה מפני קורוזיה ואלמנטים חיצוניים, כציפוי מפחית חיכוך ועוד.
הגילוי של PTFE היה מקרי עוד יותר. בשנת 1938, במהלך עבודתו עם גזים לקירור במעבדות דופונט (Dupont), חשד ד"ר רוי פלונקט (Roy Plunkett) כי מיכל TFE מסוים אינו תקין. הוא חתך את המכל לשניים, גילה פתית לבן שהתפתח בו, וניחש נכון שהנתז הוא פולימר.
פלנקט מצא שהפולימר החדש, אותו למד לייצר, הוא בלתי מסיס בכל דבר שניסה, והוא גם אינרטי לחלוטין. היישומים הראשונים של PTFE היו באטמים של פצצות האטום האמריקניות הראשונות. החומר החדש נמצא יעיל גם כציפוי לחרטום של פצצות קרבה מכיוון שהוא שקוף במכ"ם ועמיד בפני חשמל.
ייצור הפולימרים ויישום ציפויי פארילן וטפלון
פארילן היה הפולימר המושקע באדים (שיקוע בתהליך נידוף, CVD) הראשון שפותח אי פעם. בהליך הציפוי לא משתמשים בממיס או זרז כדי לגרום לפילמור, מה שהופך את הפארילן לפולימר יעיל מאוד לייצור. מכיוון שמדובר בחומר הידרופובי ויציב, פארילן מתאים מאוד לשמש כציפוי רכיבים ביו-רפואיים, מכשירים וצינורות. העמידות הגבוהה שלו בפני קורוזיה הופכת ציפוי פארילן למעולה עבור אזמלי מתכת, מחטים היפודרמיות וכלים מתכתיים אחרים. הוא פועל גם כמחסום כמעט מושלם מכיוון שפני השטח שלו אטומים מעל לעוביים של 1.4 ננומטר. האחידות שלו עוזרת לו להיצמד לקצוות ולנקודות חדות, מה שתורם לשימוש הנרחב שלו בתחום הרפואה. בידוד חשמלי גבוה וכושר היצמדות עז (גם כאשר מדובר בשכבות בעוביים זעירים), הופך ציפוי פארילן לאידיאלי כציפוי קונפורמי למעגלים מודפסים (PCB – Printed Circuit Board).
מכיוון שלא ניתן ליישם ציפוי פארילן באמצעות ממיס, הדרך היחידה לצפות בו חפץ היא עוד בשלב תהליך ייצור הפולימר (תהליך ה"פילמור"), המתרחש בוואקום. האובייקט המיועד לציפוי נשאר בטמפרטורת החדר, מה שמסייע לשמור על רמת בטיחות גבוהה. הציפוי המתקבל הוא מדויק בעוביו, הכיסוי הוא חסר פגמים ואחיד.
טפלון (PTFE) מיוצר באחת משתי דרכים, כאשר כל אחת מהן מביאה למוצר במראה שונה, אך באופן כללי לאותה תוצאה סופית. בשיטת התרחיף, TFE עובר פילמור במים וכתוצאה מכך ה-PTFE נוצר כגרגירים, ואילו ייצור בשיטת הפיזור גורם ל-PTFE להיווצר כמשחה חלבית. גם המשחה וגם הגרגרים מעובדים ומשמשים לציפוי מוצרים שונים. למרות שטפלון אינו רעיל, חלק מתוצרי הלוואי של תהליך הייצור הם רעילים ובחום גבוה ה-PTFE עצמו עלול לפלוט גזים רעילים.
ציפויים קונפורמיים הם טיפולי פני שטח וגימור המיושמים במגוון רחב של חלקים ומכלולים המשמשים בתעשיות כגון תעופה וחלל, רכב, ביו-רפואה, ציוד צבאי ועוד. המטרה העיקרית של ציפויים כאלה היא לספק שכבת מגן דקיקה התומכת בנוחות השימוש, באופן הפעולה ובאורך חיי השירות של החלק. ציפויי פארילן וטפלון הם שני הציפויים הקונפורמיים ההידרופוביים (דוחי מים) הנפוצים ביותר.
ציפוי טפלון - תכונות מרכזיות, יתרונות וחסרונות
עמידותו הגבוהה של טפלון בפני קורוזיה מתועדת היטב, הטפלון דוחה כמעט הכול, זאת מכיוון שהקשר הקיים בין אטומי הפחמן והפלואור שבו כה חזק. תכונות הסיכה שלו מפחיתות מאוד את החיכוך והבלאי של רכיבים בעת פעולתם. ציפוי טפלון מסכך ביעילות מסבים, גלגלי שיניים, לוחות החלקה ורכיבים נעים אחרים. ציפוי טפלון גם משמש בהתערבויות כירורגיות כדי להפחית סיכוי של דחיית שתלים.
טפלון נוזלי מתקשה בטמפרטורות ולפי לוחות זמנים העלולים להשפיע על המאפיינים התרמו-מכניים של הרכיבים אותם יש לצפות.
בנוסף, ציפוי PTFE עלול לשחרר חלקיקים במהלך פעולה ממושכת. כאשר מדובר בציפוי מכשור רפואי ושתלים, חלקיקי חומר זעירים אלה עלולים להיטמע ברקמות או במחזור הדם של המטופל, ולסכן את תפקוד הגוף ובריאותו. חלקיקים יכולים להפריע גם לביצועים של רכיבים שאינם רפואיים.
לעומת זאת, ציפוי פארילן לעיתים רחוקות מתנתק או נפרד מהמצע במהלך השימוש, מה שהופך אותו לאופציה מעולה במקרים בהם חשוב למנוע התפתחות חלקיקים. הסיכה המשופרת הופכת משטחי מצע "דביקים" ל"חלקים". יתרונות אלו ביחס ל-PTFE משמעותיים מאוד ביישומי תעופה וחלל, רכב, אלקטרוניקה, ציוד צבאי, ציוד רפואי ועוד.
ציפוי פארילן - תכונות מרכזיות, יתרונות וחסרונות
פארילן הוא חומר ציפוי קונפורמי סטנדרטי בתעשייה המיושם באמצעות תהליך ייחודי של שקיעת אדים כימית (CVD), שבו הפארילן הגזי חודר עמוק לתוך פני המצע, ומכסה אפילו את האזורים המבודדים או החבויים ביותר של הטופוגרפיה שלו. לאור שיטת הנידוף, ניתן לצפות את החלק הפנימי של הצינוריות ובכף להכפיל את יתרונות הציפוי לרבות שיפור מקדם החיכוך בתוך הצינורית.
תכונות אלו, הופכות את הפארילן לשימושי מאוד גם עבור מערכות מיקרו-חשמליות מכניות (MEMS) ויישומי ננוטכנולוגיה, כמו גם עבור מוצרים במידות גדולות יותר.
כמו PTFE נוזלי, פארילן ידוע בסיכה העמידה שלו, והוא יוצר מחסומים מהימנים לתנאים ביולוגיים, כימיים, חשמליים ומכאניים העלולים לסכן את הביצועים של רכיבים אלקטרוניים המשמשים הן למטרות מיוחדות והן בחיי היומיום.
יתרונות נוספים של ציפוי רכיבים באמצעות פארילן הם:
- הידבקות למגוון רחב של חומרי מצע
- ציפוי מיקרוני דק
- עלייה מינימלית במשקל ובנפח
- ציפוי ללא חרירים
- חדירת חריצים ופינות קטנות
ציפוי קונפורמי בטפלון או בפארילן ניתן להתאמה למגוון רחב של מוצרים. הבחירה בין השניים היא תמיד פונקציה של השימושים הספציפיים של הרכיב וההקשר התפעולי שלו. יש לנתח שיקולים אלו לפני שבוחרים את סוג הציפוי העדיף.
לסיכום
לפארילן ול – PTFE נוזלי יש יתרונות וחסרונות יחסיים. בחירת הציפוי המתאים למוצרים ביו-רפואיים או אחרים נקבעת בעיקרה על פי השימוש הספציפי בחלק הנועד לציפוי.
באופן כללי ניתן לומר שציפוי טפלון חסר את מגוון ההתאמות הרחב הזמין עם פארילן.
תהליך ה-CVD של יישום ציפוי פארילן עדיף פעמים רבות על מתודולוגיות היישום הנוזלי של טפלון.
מכיוון שהוא מיושם בדרך כלל על ידי טבילה או ריסוס, PTFE נוטה לגישור, אפקט קצה או איגום, התפתחויות המגבילות את ההתאמה האמיתית של שכבת המגן הנדרשת. פארילן יוצר שכבת ציפוי דקה ואחידה גם כאשר ישנה מוגבלות פיזית, למשל כאשר מדובר ברכיבים בעלי טופוגרפיה מורכבת הדורשים ציפוי קונפורמי אמין במיוחד.
