reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© lavitreiu-dreamstime.com Technologie | 28 listopada 2012

Plazma zamiast chemikaliów

Zapraszamy na artyku艂 techniczny na temat aktywacji powierzchni tworzyw sztucznych. Szczeg贸ln膮 uwag臋 po艣wi臋ca si臋 tu plazmie atmosferycznej ze wzgl臋du na jej rozliczne zalety.
Klejenie, powlekanie, flokowanie, uszczelki wylewane, lakierowanie, zalewanie 偶ywic膮鈥 ile jeszcze technologii zwi膮zanych jest z adhezj膮 do powierzchni? To znaczy technologii, kt贸re wymagaj膮 dobrego przylegania do pod艂o偶a? Coraz cz臋艣ciej pod艂o偶em s膮 tworzywa sztuczne, a je艣li tworzywa sztuczne, to najch臋tniej poliolefiny. Przyczyna jest oczywista: koszty materia艂owe! Polietylen, polipropylen to na dzi艣 najta艅sze surowce, wymagaj膮ce jednak dodatkowej obr贸bki w celu polepszenia adhezji farb, lakier贸w, pow艂ok, klej贸w itp. Nawet poliw臋glan lub ABS, zw艂aszcza uniepalnione, sprawiaj膮 w ostatnich latach coraz wi臋cej k艂opot贸w z adhezj膮. Zawarte w nich dodatki wydzielane s膮 na powierzchni tworzywa i musz膮 zosta膰 usuni臋te. Jest to trudne zw艂aszcza przy skomplikowanym kszta艂cie klejonej powierzchni (wyobra藕my sobie czyszczenie rowka o szeroko艣ci 3 mm. i g艂臋boko艣ci 4 mm. na tr贸jwymiarowym detalu o z艂o偶onych kszta艂tach).
Plazma zastosowana przed lakierowaniem obudowy pilota samochodu poprawia estetyk臋 i rozp艂yw lakieru. Umo偶liwia r贸wnie偶 trwa艂e sklejenie po艂贸wek, zabezpieczaj膮c pilota przed wilgoci膮 i uszkodzeniami mechanicznymi
Dotychczas dobre przyleganie do pod艂o偶a otrzymywane jest cz臋sto przez nak艂adanie podk艂ad贸w (primer贸w) oraz czyszczenie rozpuszczalnikami. Warto tutaj zauwa偶y膰, 偶e cz臋sto stosowane chropowacenie, np. za pomoc膮 papieru 艣ciernego nie daje znacz膮cej poprawy adhezji, a cz臋sto jest wr臋cz czynno艣ci膮 magiczn膮, poprawiaj膮c膮 g艂贸wnie samopoczucie. Wiara w chropowacenie ma pod艂o偶e w klejeniu metali, gdzie stosuje si臋 epoksydy, kotwi膮ce si臋 w chropowato艣ciach. Jednak w technologii klejenia tworzyw sztucznych wa偶na jest adhezja chemiczna, powstawanie wi膮za艅 pomi臋dzy klejem a pod艂o偶em. Niejednokrotnie kleje "wgryzaj膮 si臋" w pod艂o偶e tworz膮c wi膮zania chemiczne. Nie jestem chemikiem i nie zamierzam nikogo poucza膰 w tej kwestii. Jako mechanik i technolog klejenia interesuj臋 si臋 g艂贸wnie jako艣ci膮 po艂膮czenia i jego trwa艂o艣ci膮 w d艂ugim okresie. Wiem, 偶e wiele materia艂贸w, jak poliw臋glany, ABS, laminaty poliestrowo-szklane, laminaty eposydowo-w臋glowe znakomicie 艂膮cz膮 si臋 bez 偶adnych podk艂ad贸w klejami metakrylowymi. Je艣li jednak wa偶na jest nie tylko wytrzyma艂o艣膰, ale r贸wnie偶 estetyka z艂膮cza, te same materia艂y trzeba z艂膮czy膰 np. klejami epoksydowymi, a ich zdolno艣膰 zwil偶ania nie jest zawsze imponuj膮ca. Klej epoksydowy nie rozpuszcza bowiem pod艂o偶a jak metakrylan, a tylko je zwil偶a i tu pojawia si臋 zagadnienie napi臋cia powierzchniowego. Warto teraz wprowadzi膰 jakie艣 punkty odniesienia. Napi臋cie powierzchniowe mierzymy w mN/m. Spr贸bujmy zapami臋ta膰:
  • woda ma napi臋cie powierzchniowe 72 mN/m,
  • przeci臋tnie poliolefina jak PE, PP ma napi臋cie powierzchniowe oko艂o 26 mN/m,
  • aby klei膰, uszczelnia膰, powleka膰 warto osi膮gn膮膰 napi臋cie powierzchniowe w granicach min. 44-56 mN/m.
Dobrze wiedzie膰, 偶e nie zawsze im wy偶sze napi臋cie powierzchniowe tym lepiej. Osi膮gni臋cie progu zwil偶alno艣ci dla wody daje g艂贸wnie b艂yskotliwy efekt testowania, gdy偶 wystarczy spryska膰 powierzchni臋 mg艂膮 wodn膮 by pokaza膰 efekt dzia艂ania aktywacji. Testy d艂ugotrwa艂ej wytrzyma艂o艣ci z艂膮cza pokazuj膮, 偶e czasem powierzchnia mo偶e by膰 "nadaktywna" i znalezienie optymalnej warto艣ci napi臋cia powierzchniowego jest zadaniem dla dzia艂u bada艅 i rozwoju.
Plazma pozwala na zwi臋kszenie trwa艂o艣ci pokrycia flokiem. Profile z kauczuku EPDM s膮 aktywowane w cyklu ci膮g艂ym. Aktywacja przed艂u偶a 偶ywotno艣膰 flokowania, poprawiaj膮c komfort u偶ywania pojazdu漏 AMB Technic
Jakie mo偶liwo艣ci ma wsp贸艂czesny technolog proces贸w? Wspomniane ju偶 podk艂ady chemiczne - wygodne przy ma艂ej produkcji, nie wymagaj膮ce wielkich nak艂ad贸w, je艣li nie liczy膰 coraz cz臋艣ciej koniecznego digestorium, wymaganego w UE przy stosowaniu rozpuszczalnik贸w i 偶r膮cych substancji, a przecie偶 by zaktywowa膰 powierzchni臋 polietylenu trzeba j膮 zaatakowa膰 czym艣 mocniejszym ni偶 alkohol... zreszt膮 w przypadku alkoholu stosowanego przemys艂owo digestorium jest r贸wnie偶 wymagane... Obr贸bka p艂omieniowa - cz臋sto stosowana w Polsce jako tania metoda aktywacji, w tym wypadku czasem stosowany jest palnik propan-butan. W takiej konfiguracji jest to jednak zaledwie namiastka prawdziwego palnika aktywuj膮cego. W rzeczywisto艣ci palnik powinien by膰 zasilany samym propanem, nie mieszank膮. Poza tym nie tylko ci艣nienie, ale przep艂yw gazu powinien by膰 monitorowany. Proces taki wytwarza p艂omie艅 o silnie redukuj膮cym dzia艂aniu, a sam proces jest powtarzalny i daje si臋 kontrolowa膰. Korona - wy艂adowania koronowe s膮 stosowane z powodzeniem przy aktywacji powierzchni p艂askich (folie i p艂yty). Zalet膮 jest mo偶liwo艣膰 obr贸bki powierzchni do 6 metr贸w szeroko艣ci przy niskim koszcie jednostkowym. Wad膮 - lekkie zaburzenia jako艣ci powierzchni, z przebiciami cienkich folii w艂膮cznie. Dodatkowym utrudnieniem jest aktywacja powierzchni tr贸jwymiarowych. W tym wypadku "palnik" koronowy ma w膮skie okno technologiczne, a efekt aktywacji potrafi szybko zanika膰, nawet po kilku minutach. Zale偶y to od materia艂u, ale w rzeczywisto艣ci element koronuj膮cy musi si臋 znajdowa膰 na linii tu偶 przed operacj膮 powlekania, klejenia czy flokowania. Obr贸bka powierzchni o ma艂ym promieniu oraz wn臋k jest wyj膮tkowo trudna, cz臋sto niewykonalna. Plazma niskoci艣nieniowa - w tym wypadku detale s膮 wk艂adane do komory pr贸偶niowej, do kt贸rej jest nast臋pnie wpuszczany gaz (najcz臋艣ciej tlen) w bardzo niskim ci艣nieniu. Gaz jest wzbudzany za pomoc膮 mikrofal albo fal radiowych i wytwarzana jest aktywna plazma. Temperatura plazmy ze wzgl臋du na niskie ci艣nienie jest niewiele wy偶sza od temperatury pokojowej, wi臋c detale nie s膮 nara偶one na zniszczenie. W ci膮gu kilku minut nast臋puje wytrawienie, aktywacja powierzchni w cienkiej warstwie atomowej. Wad膮 tego procesu jest to, 偶e jest to proces wsadowy. Zalet膮, 偶e ca艂y detal jest obrabiany, nawet je艣li s膮 to powierzchnie ukryte, albo elementy wewn膮trz np. detali pustych w 艣rodku (jak np. butelka lub zbiornik). Niemniej obr贸bka folii z kolei jest w tej technologii utrudniona ze wzgl臋du na trudno艣ci przewijania folii w pr贸偶ni. Fluorowanie - element jest wk艂adany do komory pr贸偶niowej, do kt贸rej jest wpuszczany gazowy fluor. Ten wytwarza na powierzchni warstw臋 polimeru, kt贸ry daje si臋 pokrywa膰, malowa膰 i klei膰, a jest mocno zwi膮zany z pod艂o偶em. Fluorowanie daje bardzo trwa艂y efekt i jest wykonywane jako us艂uga na zlecenie. Plazma atmosferyczna - jest to technologia, kt贸ra wypiera coraz cz臋艣ciej wszystkie powy偶sze, ze wzgl臋du na swoje walory. Om贸wimy je poni偶ej. Plazma atmosferyczna ma najlepsze cechy palnika gazowego i korony 3D:
  • ma g艂臋bok膮 jak palnik gazowy stref臋 aktywacji.
  • proces jest ci膮g艂y, mo偶e by膰 prowadzony i zabudowanym na linii produkcyjnej.
  • nie pozostawia na powierzchni 偶adnych 艣lad贸w obr贸bki, w przeciwie艅stwie do korony.
  • jest nieszkodliwa dla 艣rodowiska, wydzielaj膮c tylko odrobin臋 ozonu.
  • proces jest powtarzalny i 艂atwy do kontrolowania.
  • urz膮dzenie jest tanie w eksploatacji.
Plazma to czwarty stan skupienia. Uzyskiwana jest w wyniku wzbudzenia gazu w polu elektromagnetycznym. Mo偶na stosowa膰 r贸偶ne gazy, ale w wi臋kszo艣ci przypadk贸w jako gaz roboczy przy stosowaniu plazmy w aktywacji tworzyw sztucznych stosuje si臋 po prostu tlen atmosferyczny. Atomy tlenu w plazmie 艂atwiej rozrywaj膮 wi膮zania w臋gla z wodorem i s膮 "wstawiane" jednym wi膮zaniem zamiast wodoru. Dlatego powierzchnia staje si臋 aktywna i uzyskuje wysoki stopie艅 zwil偶alno艣ci. Relatywnie 艂atwo jest osi膮gn膮膰 energi臋 powierzchniow膮 na poziomie 72 mN/m, cho膰 jak wspomnia艂em, nie zawsze jest to korzystne. Plazma atmosferyczna jest cz臋sto montowana na robotach razem z g艂owic膮 nanosz膮c膮 klej. Aktywacja jest prowadzona tylko w obszarze przeznaczonym do klejenia. 漏 AMB Technic Znana jest w Polsce najcz臋艣ciej jako narz臋dzie do ci臋cia metali, plazma stosowana w aktywacji jest innym procesem. Plazma jako silnie wzbudzona materia jest normalnie niebezpieczna i silnie niestabilna. Dot膮d, by j膮 opanowa膰 w celu aktywacji delikatnych tworzyw, zamykano j膮 w komorze pr贸偶niowej, co utrudnia zastosowanie w warunkach przemys艂owych. Dzi臋ki badaniom in偶. Christiana Buske, za艂o偶yciela firmy Plasmatreat GmbH, mo偶emy j膮 teraz podziwia膰 w dzia艂aniu na otwartej przestrzeni. Wzbudzone elektrony (przy okazji - bez potencja艂u elektrycznego) powoduj膮 kontrolowane utlenienie powierzchni pasywnych tworzyw sztucznych. W zale偶no艣ci od poziomu wzbudzenia mo偶e osi膮ga膰 temperatur臋 do 300 stopni Celsjusza, a dzi臋ki temu znajduje zastosowanie w szybkich procesach, przebiegaj膮cych nawet do 700 m/minut臋. Temperatura tworzywa nie musi przy tym przekroczy膰 nawet 20 stopni Celsjusza. Niepolarne tworzywa sztuczne, jak poliolefiny (np. PP, PE) oraz tworzywa cz臋艣ciowo fluorowane s膮 bardzo trudne do klejenia bez dodatkowej aktywacji. Niemniej, po aktywacji za pomoc膮 technologii OpenAir Plasma wsp贸艂czynnik wytrzyma艂o艣ci z艂膮cza na 艣cinanie podnosi si臋 oko艂o 50 razy. Nawet po 8 tygodniach przechowywania aktywowanych detali spadek energii powierzchniowej jest cz臋sto nieznaczny. Efekt czyszczenia plazm膮 jest bardzo po偶膮dany tam, gdzie pozosta艂o艣ci zanieczyszcze艅 olejem lub mikronowa warstwa wilgoci powoduje brak adhezji i skraca 偶ywotno艣膰 z艂膮cza klejonego. Plazma potrafi usun膮膰 t膮 mikronow膮 barier臋 w jednym przej艣ciu, w procesie ci膮g艂ym. Ka偶de zatrzymanie linii mo偶e wy艂膮cza膰 plazm臋, dzi臋ki czemu osi膮gana jest czysto艣膰 powierzchni nieosi膮galna innymi metodami. I znowu, bez stosowania rozpuszczalnik贸w, bez nara偶ania pracownik贸w na opary szkodliwych substancji. Napi臋cie powierzchniowe EPDM po aktywacji plazm膮 atmosferyczn膮 漏 AMB Technic Przyk艂ady zastosowa艅 Plazma atmosferyczna znajduje zastosowania w wi臋kszej liczbie proces贸w, ni偶 by艣my oczekiwali. Podstawowym obszarem jest malowanie i powlekanie element贸w tr贸jwymiarowych, jak cho膰by malowanie obud贸w telefon贸w kom贸rkowych, kt贸re mog膮 by膰 wykonywane z ta艅szego ni偶 ABS polipropylenu odpornego na udarowe obci膮偶enia. Ich malowanie by艂oby niemo偶liwe bez aktywacji. Tymczasem znane nam kolorowe obudowy s膮 efektem lakierowania farbami o r贸偶nych fakturach i barwach, po aktywacji plazm膮. Jednym z cz臋stych zastosowa艅 plazmy jest przygotowanie pod艂o偶a pod nadruki tamponem lub sitem, w zdobnictwie wyrob贸w. W jednej z fabryk Forda w 2002 roku wprowadzono plazm臋 OpenAir (R) do proces贸w aktywacji i czyszczenia element贸w z pozosta艂o艣ci wosk贸w, silikon贸w separuj膮cych i kurzu. Pocz膮tkowo technologia by艂a stosowana do aktywacji i czyszczenia ma艂ych detali. Jednak przez d艂ugi czas du偶e elementy wykonane z poliolefin termoplastycznych (TPO), takie jak zderzaki by艂y aktywowane za pomoc膮 chlorowanych promotor贸w adhezji, opartych na rozpuszczalnikach. To wp艂ywa艂o oczywi艣cie na emisj臋 lotnych substancji (VOC) i stanowi艂o powa偶ne zagro偶enie dla 艣rodowiska w razie powstania odpad贸w. Larry Haack, in偶ynier Dzia艂u Badawczo Rozwojowego, zainteresowa艂 si臋 wdro偶eniem plazmy atmosferycznej ze wzgl臋du na jej prostot臋, powtarzalno艣膰 i pozytywny wp艂yw na 艣rodowisko, r贸wnie偶 艣rodowisko pracy. Przede wszystkim jednak skr贸cono znacznie proces produkcji, kt贸ry zamiast sekwencji: B(before), powsta艂a sekwencja A (after): 漏 AMB Technic Wyeliminowano wi臋c trzy operacje, zajmuj膮ce czas, miejsce oraz powoduj膮ce koszty surowc贸w i energii. Zauwa偶ono, 偶e plazma nie tylko aktywuje, ale r贸wnie偶 czy艣ci cz臋艣ci. Plazma usuwa艂a pozosta艂o艣ci separator贸w, oraz kurz, kt贸ry akumulowa艂 si臋 na powierzchni. Zastosowano dwa roboty portalowe, prowadz膮ce g艂owice rotuj膮ce, w celu utrzymania sta艂ej odleg艂o艣ci od powierzchni du偶ych detali. Co ciekawe, znikn膮艂 prawie ca艂kowicie efekt sk贸rki pomara艅czowej. Technologi臋 wprowadzono z mo偶liwo艣ci膮 skalowania dla wi臋kszych i mniejszych serii zderzak贸w. Plazma atmosferyczna chroni nie tylko 艣rodowisko, ale tak偶e portfel. Nie tylko eliminuje szkodliwe substancje z proces贸w technologicznych. Oczywi艣cie to powoduje, 偶e zb臋dne s膮 kosztowne digestoria, wyci膮gi i zabezpieczenia przez chemikaliami. Dodatkow膮 zalet膮 jest to, 偶e sama obr贸bka plazm膮 OpenAir jest bardzo ekonomiczna. Wszystko co potrzeba, to energia elektryczna i spr臋偶one powietrze. Jednak najkorzystniejszym chyba czynnikiem jest eliminacja stresuj膮cych i potencjalnie trudnych do unikni臋cia kontroli urz臋dnik贸w Pa艅stwowej Inspekcji Pracy, kt贸rzy nie maj膮 powod贸w do obaw o bezpieczne 艣rodowisko pracy. Autor: Marek Bernaciak AMB Technic
reklama
reklama
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 22 2019 14:26 V12.2.6-2