© lavitreiu-dreamstime.com
Analizy |
Plazma zamiast chemikaliów
Zapraszamy na artykuł techniczny na temat aktywacji powierzchni tworzyw sztucznych. Szczególną uwagę poświęca się tu plazmie atmosferycznej ze względu na jej rozliczne zalety.
Klejenie, powlekanie, flokowanie, uszczelki wylewane, lakierowanie, zalewanie żywicą… ile jeszcze technologii związanych jest z adhezją do powierzchni? To znaczy technologii, które wymagają dobrego przylegania do podłoża? Coraz częściej podłożem są tworzywa sztuczne, a jeśli tworzywa sztuczne, to najchętniej poliolefiny. Przyczyna jest oczywista: koszty materiałowe! Polietylen, polipropylen to na dziś najtańsze surowce, wymagające jednak dodatkowej obróbki w celu polepszenia adhezji farb, lakierów, powłok, klejów itp.
Nawet poliwęglan lub ABS, zwłaszcza uniepalnione, sprawiają w ostatnich latach coraz więcej kłopotów z adhezją. Zawarte w nich dodatki wydzielane są na powierzchni tworzywa i muszą zostać usunięte. Jest to trudne zwłaszcza przy skomplikowanym kształcie klejonej powierzchni (wyobraźmy sobie czyszczenie rowka o szerokości 3 mm. i głębokości 4 mm. na trójwymiarowym detalu o złożonych kształtach).
Plazma zastosowana przed lakierowaniem obudowy pilota samochodu poprawia estetykę i rozpływ lakieru. Umożliwia również trwałe sklejenie połówek, zabezpieczając pilota przed wilgocią i uszkodzeniami mechanicznymiDotychczas dobre przyleganie do podłoża otrzymywane jest często przez nakładanie podkładów (primerów) oraz czyszczenie rozpuszczalnikami. Warto tutaj zauważyć, że często stosowane chropowacenie, np. za pomocą papieru ściernego nie daje znaczącej poprawy adhezji, a często jest wręcz czynnością magiczną, poprawiającą głównie samopoczucie. Wiara w chropowacenie ma podłoże w klejeniu metali, gdzie stosuje się epoksydy, kotwiące się w chropowatościach. Jednak w technologii klejenia tworzyw sztucznych ważna jest adhezja chemiczna, powstawanie wiązań pomiędzy klejem a podłożem. Niejednokrotnie kleje "wgryzają się" w podłoże tworząc wiązania chemiczne. Nie jestem chemikiem i nie zamierzam nikogo pouczać w tej kwestii. Jako mechanik i technolog klejenia interesuję się głównie jakością połączenia i jego trwałością w długim okresie. Wiem, że wiele materiałów, jak poliwęglany, ABS, laminaty poliestrowo-szklane, laminaty eposydowo-węglowe znakomicie łączą się bez żadnych podkładów klejami metakrylowymi. Jeśli jednak ważna jest nie tylko wytrzymałość, ale również estetyka złącza, te same materiały trzeba złączyć np. klejami epoksydowymi, a ich zdolność zwilżania nie jest zawsze imponująca. Klej epoksydowy nie rozpuszcza bowiem podłoża jak metakrylan, a tylko je zwilża i tu pojawia się zagadnienie napięcia powierzchniowego. Warto teraz wprowadzić jakieś punkty odniesienia. Napięcie powierzchniowe mierzymy w mN/m. Spróbujmy zapamiętać:
- woda ma napięcie powierzchniowe 72 mN/m,
- przeciętnie poliolefina jak PE, PP ma napięcie powierzchniowe około 26 mN/m,
- aby kleić, uszczelniać, powlekać warto osiągnąć napięcie powierzchniowe w granicach min. 44-56 mN/m.
Plazma pozwala na zwiększenie trwałości pokrycia flokiem. Profile z kauczuku EPDM są aktywowane w cyklu ciągłym. Aktywacja przedłuża żywotność flokowania, poprawiając komfort używania pojazdu© AMB TechnicJakie możliwości ma współczesny technolog procesów? Wspomniane już podkłady chemiczne - wygodne przy małej produkcji, nie wymagające wielkich nakładów, jeśli nie liczyć coraz częściej koniecznego digestorium, wymaganego w UE przy stosowaniu rozpuszczalników i żrących substancji, a przecież by zaktywować powierzchnię polietylenu trzeba ją zaatakować czymś mocniejszym niż alkohol... zresztą w przypadku alkoholu stosowanego przemysłowo digestorium jest również wymagane... Obróbka płomieniowa - często 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 aktywującego. W rzeczywistości palnik powinien być zasilany samym propanem, nie mieszanką. Poza tym nie tylko ciśnienie, ale przepływ gazu powinien być monitorowany. Proces taki wytwarza płomień o silnie redukującym działaniu, a sam proces jest powtarzalny i daje się kontrolować. Korona - wyładowania koronowe są stosowane z powodzeniem przy aktywacji powierzchni płaskich (folie i płyty). Zaletą jest możliwość obróbki powierzchni do 6 metrów szerokości przy niskim koszcie jednostkowym. Wadą - lekkie zaburzenia jakości powierzchni, z przebiciami cienkich folii włącznie. Dodatkowym utrudnieniem jest aktywacja powierzchni trójwymiarowych. W tym wypadku "palnik" koronowy ma wąskie okno technologiczne, a efekt aktywacji potrafi szybko zanikać, nawet po kilku minutach. Zależy to od materiału, ale w rzeczywistości element koronujący musi się znajdować na linii tuż przed operacją powlekania, klejenia czy flokowania. Obróbka powierzchni o małym promieniu oraz wnęk jest wyjątkowo trudna, często niewykonalna. Plazma niskociśnieniowa - w tym wypadku detale są wkładane do komory próżniowej, do której jest następnie wpuszczany gaz (najczęściej tlen) w bardzo niskim ciśnieniu. Gaz jest wzbudzany za pomocą mikrofal albo fal radiowych i wytwarzana jest aktywna plazma. Temperatura plazmy ze względu na niskie ciśnienie jest niewiele wyższa od temperatury pokojowej, więc detale nie są narażone na zniszczenie. W ciągu kilku minut następuje wytrawienie, aktywacja powierzchni w cienkiej warstwie atomowej. Wadą tego procesu jest to, że jest to proces wsadowy. Zaletą, że cały detal jest obrabiany, nawet jeśli są to powierzchnie ukryte, albo elementy wewnątrz np. detali pustych w środku (jak np. butelka lub zbiornik). Niemniej obróbka folii z kolei jest w tej technologii utrudniona ze względu na trudności przewijania folii w próżni. Fluorowanie - element jest wkładany do komory próżniowej, do której jest wpuszczany gazowy fluor. Ten wytwarza na powierzchni warstwę polimeru, który daje się pokrywać, malować i kleić, a jest mocno związany z podłożem. Fluorowanie daje bardzo trwały efekt i jest wykonywane jako usługa na zlecenie. Plazma atmosferyczna - jest to technologia, która wypiera coraz częściej wszystkie powyższe, ze względu na swoje walory. Omówimy je poniżej. Plazma atmosferyczna ma najlepsze cechy palnika gazowego i korony 3D:
- ma głęboką jak palnik gazowy strefę aktywacji.
- proces jest ciągły, może być prowadzony i zabudowanym na linii produkcyjnej.
- nie pozostawia na powierzchni żadnych śladów obróbki, w przeciwieństwie do korony.
- jest nieszkodliwa dla środowiska, wydzielając tylko odrobinę ozonu.
- proces jest powtarzalny i łatwy do kontrolowania.
- urządzenie jest tanie w eksploatacji.