Notiziario Aziendale – N.22 – Dicembre 2018

FLUORURAZIONE AL PLASMA

L’innovazione tecnologica spinge le aziende a ricercare nuovi prodotti che riescano a sopperire alle richieste di mercato; per questo motivo Interseals, sempre attenta alla ricerca e sviluppo, a fianco dei trattamenti lubrificanti a base di PTFE e resine di differente natura chimica, utilizza e studia nuovi processi che coinvolgono tecnologie avanzate già ampiamente utilizzate in altri settori come, ad esempio i trattamenti al plasma.

A fianco di processi ampiamente utilizzati nel mondo della gomma come la micro pulizia al plasma, volta ad eliminare contaminanti superficiali presenti in minime, ma significative quantità e l’attivazione (o funzionalizzazione) delle superfici, processo in grado di inserire gruppi reattivi con lo scopo di far aderire meglio il trattamento a base di PTFE e resine all’articolo, in questo ultimo anno Interseals ha studiato anche altri tipi di trattamenti al plasma come l’Etching, assimilabile ad una micro abrasione della superficie elastomerica con conseguente aumento della rugosità superficiale ottenendo discreti risultati in termini di abbattimento del coefficiente di attrito e la polimerizzazione al plasma. Il processo di Etching su guarnizioni può essere impiegato su quegli articoli per i quali viene richiesto un abbattimento del coefficiente di attrito, senza l’introduzione di un lubrificante – liquido o solido – sulla superficie del pezzo.

Casi particolari possono essere quelli dell’industria alimentare (per cui il materiale risulti già omologato), dell’industria medicale, ed in tutte quelle applicazioni dove il rilascio di particelle solide (derivanti dalla normale usura del film lubrificante solido) potrebbe avere conseguenze negative in termini di idoneità e/o di performance.
Lo studio di alternative volte a diminuire il coefficiente di attrito ha portato Interseals a sviluppare anche processi di polimerizzazione in siti differenti da quelli che vedono l’impiego di HMDSO (esametildisilossano), trattamento di lubrificazione a secco mediante plasma freddo, tecnica già utilizzata da anni anche nel settore gomma. Per questo motivo le prove si sono focalizzate su altri due tipi di rivestimento: DLC (Diamond Like Carbon o Carbon Coating) e Thin Teflon Like Film.

Per quanto riguarda la polimerizzazione DLC il processo viene attuato utilizzando gas di natura idrocarburica: variando il tipo di gas utilizzato e modulando energie e pressione si possono ottenere film polimerici con caratteristiche differenti tra loro in base al grado di ibridizzazione ottenuta in funzione delle percentuali e tipologie di gas coinvolti nel processo. Questa tipologia di film è in grado di eliminare l’effetto stick slip ed abbassare significativamente il Coefficiente di Attrito (COF) oltre a possedere una discreta resistenza chimica e fisica.

La fluorurazione, benché appartenente sempre alla categoria “polimerizzazione al plasma” è un processo più complicato e problematico rispetto al DLC: in primo luogo l’utilizzo di gas fluorurati può portare, in certe condizioni, alla formazione come sottoprodotto di acido fluoridrico, un gas corrosivo capace, a differenza di molte altre tipologie di acidi, di corrodere il vetro. Gli ioni fluoro liberati dalla frammentazione dei gas fluorocarburici reagiscono con il vapor acqueo normalmente presente in atmosfera per dare appunto HF anche se a bassissime concentrazioni. Il secondo problema, più di natura applicativa sta nel fatto che alcune tipologie di gas fluorurati in determinate condizioni possono portare a fenomeni di Etching piuttosto che di polimerizzazione. Come ben comprensibile in questo tipo di processo è indispensabile trovare il giusto equilibrio tra reattivi e parametri di lavoro per ottenere quanto richiesto.

Il Thin Teflon Like Film ha caratteristiche differenti a seconda dei gas utilizzati, ma comunque individuabili come bassa adesività e quindi anche basso COF e discreta resistenza chimica.
Come avviene nella polimerizzazione DLC anche in questo caso le reazioni veloci e soggette a ri-arrangiamenti molecolari, rendono difficile studiarne la cinetica.

Per la verifica dell’avvenuta fluorurazione e, alla conseguente formazione del Teflon Like film, si può ricorrere alla spettroscopia IR per la valutazione della formazione di nuovi legami che vedano la presenza di fluoro e l’analisi SEM con detector EDX per l’analisi elementare, paragonando la superficie dell’articolo prima e dopo trattamento.

Dall’analisi IR (Figura 1a e 1b) si può osservare, dopo trattamento, la comparsa di segnali coerenti con la formazione di nuovi legami chimici in accordo con la presenza di legami C-F di differente conformazione anche se viste le frequenze non è da escludere che atomi di fluoro si siano legati ad alcuni atomi di silicio andando a sostituire, in questo modo, il legame chimico Si-CH³.

Figura 1a

Figura 1b

A riprova della formazione del film polimerico a base fluorurata l’analisi superficiale (figura 2) mediante SEM-EDX dell’articolo trattato (silicone) mostra significativi aumenti delle concentrazioni di fluoro per la precisione intorno al 12%.

Figura 2

Per quanto riguarda le caratteristiche fisiche del nuovo strato polimerico ed in particolare l’abbassamento del COF si sono ottenuti ottimi risultati (in figura 3). Come si nota chiaramente il notevole abbassamento del coefficiente di attrito può essere paragonato ai classici lubrificanti a base PTFE con valori minimi migliori rispetto a quest’ultima categoria di lubrificanti.

Figura 3

I prossimi esperimenti saranno volti a migliorare le caratteristiche sia della polimerizzazione DLC che quella Thin Teflon Like Film in modo da completare una già vasta gamma di prodotti presenti in Interseals e coprire così tutte le possibili richieste.

Vladimiro A. Guindani

RDAC - Chemical and Technical Cleanliness Analysis Dept.

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