Hur coronabehandling och plasmabehandling fungerar!

Ytspänning på fasta material och behovet av ytbehandling av polymermaterial. Det är ofta nödvändigt att binda plastmaterial till metaller eller andra plastmaterial, eller bara att trycka på plastytor. För att framgångsrikt kunna göra detta bör det flytande limmet eller färgen kunna väta materialets yta. Och därför är coronabehandling och plasmabehandling nödvändig.

Vätbarhet beror på en specifik ytegenskap: Ytans energi, ofta kallad ytspänning. Ytans energi, liksom ytspänning, mäts i mN/m. Den fasta substratens ytenergi är direkt avgörande för hur bra en vätska kan väta ytan. Vätbarheten kan i sin tur lätt visas genom mätning av kontaktvinkel. Kontaktvinkeln är vinkeln mellan kontaktpunktens beröringslinje och den fasta ytans horisontella linje. När en vätskedroppe lägger sig på en slät horisontell yta kan den sprida sig på substraten och kontaktvinkeln närmar sig noll vid fullständig vätning. Omvänt, om vätningen är delvis kommer kontaktvinkeln som resultat att nå jämvikt i intervallet 0 till 180 grader.

Ytans vätbarhet

Figur 1 till vänster visar skillnaden mellan bra och dålig vätbarhet. Ju högre ytenergi den fasta substraten har i förhållande till vätskans ytspänning, ju bättre vätbarhet och ju mindre kontaktvinkel. För att få en bra vidhäftning mellan en vätska och en substratyta bör substratytans energi överstiga vätskans spänning med 2-10 mN/m.
Figur 2: Ytenergi i fasta material

Figur 2 till höger visar absoluta värden av ytenergi för fasta material, och ytspänningen på många plastmaterial, bl.a. polyethylen och polypropylen, är ofta otillräcklig för vidhäftning eller tryck.

Dessa material har mycket användbara egenskaper så som kemisk tröghet, låg friktionskoefficient, högt motstånd mot slitage, punktering och sönderrivning etc.

Men dessa polymermaterials dåliga vätbarhet ger formgivare utmaningar när man önskar att limma eller dekorera dessa material. Ytbehandling kan förbättra materialets vätbarhet genom att höja materialets ytenergi och påverka vidhäftningsförmågan genom att skapa bindningsställen. De mest avancerade och framgångsrika metoderna för ytbehandling baserar sig på urladdning av högspänning i luft.

Grunderna för högspänningsurladdning i luft och dess tillämpning vid ytbehandling.

Vid högspänningsurladdning i luft kommer fria elektroner, som alltid finns i luften, att accelerera och jonisera gasen. När den elektriska urladdningen är mycket stark, kolliderar höghastighetselektroner och gasmolekyler utan att förlora hastighed, och en elektronlavin inträffar.  När ett plastämne placeras i urladdningsbanan kommer de elektroner som genereras i urladdningen att påverka ytan med energier som är 2 till 3 gånger större än den som är nödvändigt för att bryta de molekylära förbindelserna på de flesta substraters yta. Detta skapar mycket reaktiva fria radikaler. Dessa fria radikaler kan i närvaro av syre reagera snabbt för att bilda olika kemiska funktionella grupper på substratytan. Funktionella grupper som stammar från denna oxidationsreaktion är de effektivaste när det gäller att öka ytans energi och förbättra kemisk bindning till kådamatrisen. Dessa inkluderar grupper av karbonyl (- C=O-). karboxyl (HOOC-), hydroperoxid (HOO-) och hydroxyl (HO-).

Ytbehandling med högspänningsurladdning ändrar endast ytegenskaperna utan att påverka bulkmaterialets egenskaper.

Tantecs tredimensionella elektriska ytbehandling (EST) baserar sig på urladdning av högspänning och högfrekvens i luft. Tredimensionella ämnen passerar genom ett urladdningsområde mellan två elektroder (Figur 3 till vänster).
Urladdningen sker i ett stort mellanrum mellan elektroderna genom att upprätta en högpotentiell skillnad mellan elektroderna. Hög applicerad spänning är bara en förutsättning för effektiv behandling. En enhetlig behandling av ämnen som rör sig med hög hastighet kräver högeffektiv energiöverföring från kraftkällan till urladdningsområdet. Coronaurladdning vid frekvenser på 15-25 kHz klarar högeffektiv energiöverföring eftersom elektronerna oscillerar i området mellan elektroderna. Det har visats sig att ju högre frekvens, ju lägre kraft behövs får att uppnå en given behandlingsnivå.

EST-tekniken ger en enhetlig behandling av ytor på tredimensionella ämnen i höghastighetslinjer genom att upprätthålla en potentiell skillnad mellan elektroderna på upp till 80 kV på frekvenser mellan 15-25 kHz. Under dessa förhållanden kan ämnen med tvärsnitt så stora som 100 mm behandlas på linjen medan de kontinuerligt passerar genom en behandlingskammare.

Ett EST-system består av en högfrekvens generator, en högspännings transformator och behandlande elektroder. Generatorn alstrar en utgångssignal vars frekvens automatiskt justeras i intervallen 15-25 kHz beroende på laddningsimpedansen, och optimerar på så sätt den kraft som finns tillgänglig för behandling. Högspännings transformatorn ökar utgångssignalen från generatorn till den nivå som är nödvändig för att frambringa urladdning av önskad styrka. Behandlingsstationen är uppbyggd omkring två elektroder: En behandlande elektrod och en motelektrod (vanligen vid en jordpotential). Elektroderna konstrueras för varje applikation.

Tantec erbjuder ett urval av plasmautrustning för plasma ytbehandling av olika material. Se vår produktlista på vår plasma produktsida: Plasma treatment equipment.

Tillämpningar av Tantecs elektriska ytbehandlingsteknik (EST)

Följande material har framgångsrikt behandlats med hjälp av EST-teknik:

•    Polyethylen (PE) * Plexiglas (PMMA)
•    Polypropylen (PP) * Teflon (PTFE)
•    Polystyren (PS) * Polycarbonat (PC)
•    EPDM-gummi * Polyuretan (PUR)
•    ABS etc.

Här är några specifika tillämpningar:

•    Behandling av ytor på bio-medicinsk testutrustning för att förbättra vätbarhet av ytor för ihopflytande vätskeflöde.
•    Behandling av sprutbehållare innan tryck.
•    Behandling av den inre ytan på nålhubbar innan vidhäftning av en nål av rostfritt stål.
•    Behandling av elektronisk kabelisolering för att förbättra bindning av färg och beläggning.
•    Behandling av lock och höljen på kemiska behållare innan applicering av förpackningsmaterial eller tryck.
•    Behandling av plastflaskor innan applicering av självhäftande etiketter.
•    Behandling av fordonsprofiler gjorda av EPDM-gummi innan applicering av ett lim för att fästa flockbeläggning eller väv.

Hållbarhet på behandlade ytor

Hållbarheten på förbehandlat material varierar mellan timmar och år, beroende på plasten, dess utformning, hur den behandlats och dess exponering för förhöjd temperatur efter behandling. Materialets renhet är den viktigaste faktorn. Hållbarheten begränsas vid användning av komponenter med låg molekylär vikt, så som antiblockmedel, formsläpp, antistatiska medel etc. Så småningom migrerar dessa komponenter till ytan på rena polymermaterial.  Det är därför önskvärt att trycka eller limma på materialet snarast efter behandling. Men så snart den behandlade ytan har haft kontakt med en beläggning, färg, lim eller annat material, blir vidhäftningen permanent.

Skriv et svar