Obróbka koronowa (wyładowanie elektryczne)
Najważniejsze informacje
- Korona jonizuje powietrze z otoczenia w niewielkiej szczelinie między elektrodą a uziemioną powierzchnią, tworząc plazmę o niskiej temperaturze.
- Typowe zasilanie to 10–30 kV AC doprowadzone do ostrej lub walcowej elektrody.
- Zwiększa energię powierzchniową, dzięki czemu farby drukarskie i kleje zwilżają folie polietylenowe, polipropylenowe i poliestrowe.
- Praktycznie nie ma zdolności czyszczących — zanieczyszczenia trzeba usunąć przed obróbką, a nie za jej pomocą.
Obróbka koronowa (wyładowanie elektryczne)
Obróbka wyładowaniem koronowym zwiększa energię powierzchniową folii, arkuszy i taśm z tworzyw sztucznych poprzez przepuszczanie ich przez wysokonapięciowe wyładowanie elektryczne wysokiej częstotliwości w powietrzu pod ciśnieniem atmosferycznym. Jest dominującą metodą obróbki wstępnej w ciągłym przetwórstwie taśm — powlekaniu ekstruzyjnym, opakowaniach elastycznych, materiałach etykietowych i druku na foliach — ponieważ jest szybka, tania w przeliczeniu na metr kwadratowy i bezpośrednio integruje się z linią.
Budowa stacji koronowej
Taśma przechodzi przez wąską szczelinę między elektrodą wysokiego napięcia a uziemionym wałkiem. Jedna z dwóch powierzchni jest pokryta dielektrykiem. Przyłożenie wysokiego napięcia wysokiej częstotliwości na szczelinie — zwykle rzędu 10–20 kV przy 10–30 kHz — jonizuje powietrze, wytwarzając widoczne fioletowe wyładowanie, od którego proces wziął nazwę.
Reaktywne formy tlenu powstające w tym wyładowaniu utleniają powierzchnię polimeru, szczepiąc grupy hydroksylowe, karbonylowe i karboksylowe na szkielecie węglowodorowym. Folie polietylenowe i polipropylenowe, które bez obróbki praktycznie nie nadają się do druku, rutynowo przechodzą z ok. 30 dyne/cm do 40–46 dyne/cm w jednym przejściu.
Dawka i jej kontrola
Obróbkę koronową określa się ilościowo jako gęstość mocy — moc dostarczoną na jednostkę powierzchni w jednostce czasu, zwykle wyrażoną w W·min/m²:
Gęstość mocy = Moc (W) ÷ [ szerokość taśmy (m) × prędkość linii (m/min) × liczba obrabianych stron ]
Utrzymywanie stałej gęstości mocy pozwala utrzymać stały poziom dyne przy zmianach prędkości linii. Stacja ustawiona prawidłowo dla 100 m/min będzie niedostatecznie obrabiać przy 200 m/min, jeśli moc nie zostanie proporcjonalnie zwiększona.
Typowe problemy
- Zanik obróbki. Folia po obróbce koronowej traci energię powierzchniową w ciągu dni lub tygodni wskutek reorientacji łańcuchów polimeru i migracji utlenionego materiału o małej masie cząsteczkowej. Dodatki poślizgowe i antyblokujące przyspieszają tę utratę. Rolki należy zadrukować lub laminować w zwalidowanym oknie, a nie miesiące później.
- Obróbka strony odwrotnej. Wyładowanie może obejmować cienkie lub wąskie taśmy i obrabiać stronę przeciwną, powodując sklejanie się zwoju. Kontrolują to odpowiednie pokrycie wałka i ustawienie szczeliny.
- Dziurkowanie i mikroperforacja. Nadmierna gęstość mocy na cienkiej folii może ją przebić lub utworzyć słabą, przeutlenioną warstwę graniczną, która ulega zniszczeniu kohezyjnemu — więcej obróbki nie oznacza lepiej.
- Ozon. Wytwarzany w sposób ciągły; wymagany jest odciąg i jego neutralizacja.
- Geometria. Proces nadaje się do taśm dwuwymiarowych. Dla wyprasek trójwymiarowych właściwa jest natomiast plazma płomieniowa, plazma atmosferyczna lub plazma zimna.
Pomiar
Pisaki dyne i roztwory do pomiaru napięcia zwilżania wg ASTM D2578 pozostają standardową kontrolą na hali, stosowaną na całej szerokości taśmy w celu potwierdzenia jednorodności, a nie w jednym punkcie. Zmienność między krawędzią a środkiem jest częstą i łatwą do przeoczenia wadą. W pracach walidacyjnych pomiar kąta zwilżania daje ilościową wartość energii powierzchniowej — podejście opisane w artykule nauka o rozwiązywaniu problemów z przyczepnością tworzyw sztucznych.
Cele gęstości mocy w praktyce
Gęstość mocy jest zmienną sterującą, ale liczy się poziom dyne, jaki daje na danym podłożu. Poniżej podano zakresy powszechnie spotykane w przetwórstwie taśm; należy traktować je jako punkt wyjścia do próby, a nie specyfikację, ponieważ pakiety dodatków poślizgowych i antyblokujących znacząco zmieniają wymaganie:
| Podłoże | Energia powierzchniowa bez obróbki | Zwykły cel po obróbce | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Folia LDPE | Ok. 31 dyne/cm | 38–44 dyne/cm | Dodatki poślizgowe szybko migrują i obniżają uzyskany poziom |
| Folia HDPE | Ok. 31 dyne/cm | 38–44 dyne/cm | Podobnie jak LDPE; zanik jest zwykle wolniejszy |
| BOPP | Ok. 29 dyne/cm | 38–42 dyne/cm | Klasyczne podłoże do obróbki koronowej; nadmierna obróbka łatwo powoduje sklejanie |
| Folia PET | Ok. 41 dyne/cm | 46–52 dyne/cm | Zaczyna od wyższego poziomu, więc potrzebny przyrost jest mniejszy |
| Folia nylonowa | Ok. 40 dyne/cm | 46–52 dyne/cm | Higroskopijna — wilgotność otoczenia wpływa na odczyt |
| Powłoka ekstruzyjna z polietylenu | Niska i malejąca wraz z temperaturą stopu | Zależnie od wymagań wytrzymałości połączenia laminowanego | Obróbka ozonem kurtyny stopu często towarzyszy obróbce koronowej podłoża |
Wymaganie należy ustalać na podstawie faktycznie stosowanej farby drukarskiej, kleju lub powłoki, a nie ogólnego celu w dyne. Specyfikacja podająca 42 dyne/cm dlatego, że branża często podaje 42 dyne/cm, jest specyfikacją, której nikt nie sprawdził.
Diagnostyka linii z obróbką koronową
| Objaw | Prawdopodobna przyczyna | Korekta |
|---|---|---|
| Poziom dyne prawidłowy w środku, niski przy krawędziach | Elektroda nie obejmuje pełnej szerokości taśmy lub szczelina zmienia się na szerokości wałka | Zawsze mierzyć na całej szerokości, nigdy w jednym punkcie. Sprawdzić długość elektrody względem szerokości taśmy i jednorodność szczeliny. |
| Poziom obróbki spada przy przyspieszeniu linii | Gęstość mocy spada, ponieważ moc nie została proporcjonalnie zwiększona | Sprząc moc z prędkością linii tak, aby stała była gęstość mocy, a nie moc. |
| Rolka skleja się przy odwijaniu | Obróbka strony odwrotnej — wyładowanie obejmuje cienką lub wąską taśmę | Poprawić pokrycie wałka i szczelinę. Sprawdzić, czy szerokość taśmy odpowiada konfiguracji elektrody. |
| Dobry odczyt dyne, mimo to słaba przyczepność farby | Zanieczyszczenia. Korona aktywuje wszystko, co znajduje się na powierzchni, w tym zanieczyszczenie | Znaleźć źródło — wykwit dodatku poślizgowego, olej ze sprężarki, środek antyadhezyjny, silikon z powietrza. Korona praktycznie nie ma zdolności czyszczących. |
| Przyczepność dobra przy przetwórstwie, zawodzi po tygodniach | Zanik obróbki w magazynowanych rolkach | Ustalić i egzekwować zwalidowane okno między obróbką a przetwórstwem. Ponownie mierzyć poziom dyne na zestarzałych rolkach przed ich uruchomieniem. |
| Otworki lub słaba, pylista powierzchnia | Nadmierna obróbka — zbyt duża gęstość mocy zdegradowała powierzchnię do słabej warstwy granicznej | Zmniejszyć gęstość mocy. Więcej obróbki nie oznacza lepiej; przeutleniona warstwa ulega zniszczeniu kohezyjnemu. |
| Wynik zmienia się z pogodą | Wilgotność otoczenia wpływa na wyładowanie, a w przypadku folii higroskopijnych także na odczyt | Przed uznaniem, że stacja się rozjustowała, rejestrować warunki otoczenia obok odczytów dyne. |
Miejsce obróbki koronowej wśród metod obróbki wstępnej
| Korona | Plazma płomieniowa | Plazma atmosferyczna | Plazma zimna | |
|---|---|---|---|---|
| Najlepsza geometria | Taśma dwuwymiarowa | Taśma i proste kształty trójwymiarowe | Trójwymiarowa, obszary selektywne | Złożona trójwymiarowa, wsadowo |
| Zdolność czyszczenia | Praktycznie brak | Pewna | Dobra | Doskonała |
| Koszt na jednostkę powierzchni | Najniższy | Niski | Umiarkowany | Najwyższy |
| Integracja z linią | Bezpośrednia, w linii | W linii | W linii lub na robocie | Wsadowo, komora próżniowa |
| Obróbka powierzchni zacienionych | Nie | Nie | Nie | Tak |
| Trwałość aktywacji | Od dni do tygodni | Od dni do tygodni | Od godzin do dni | Najdłuższa z czterech |
Powiązane terminy i lektura uzupełniająca
- Usługi obróbki wyładowaniem koronowym
- Wszystkie metody obróbki wstępnej powierzchni polimerów
- Zaawansowane technologie zdobienia polietylenu
- Druk atramentowy i przyczepność na polimerach o niskiej energii powierzchniowej
Zastosowanie w produkcji
The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie optymalizacji obróbki koronowej i usuwania problemów obróbki wstępnej taśm. Jeśli określają Państwo proces, kwalifikują materiał lub usuwają problem produkcyjny, pomocy udzieli nasz zespół usług inżynieryjnych. Prosimy o kontakt, aby omówić Państwa zastosowanie.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest obróbka wyładowaniem koronowym?
Obróbka powierzchni polegająca na przyłożeniu pola elektrycznego wysokiego napięcia na niewielkiej szczelinie powietrznej, co jonizuje powietrze z otoczenia w słabą, przypominającą pędzel plazmę w pobliżu powierzchni materiału. Powstające reaktywne cząstki utleniają powierzchnię, zwiększając jej energię, dzięki czemu farby drukarskie, kleje i powłoki mogą ją zwilżać.
Jakiego napięcia używa obróbka koronowa?
Prądu przemiennego, zwykle od 10 do 30 kV, doprowadzonego do ostrej lub walcowej elektrody. Intensywne pole jonizuje otaczające cząsteczki powietrza, wytwarzając reaktywne formy tlenu i fotony UV, które modyfikują powierzchnię.
Które materiały najbardziej korzystają z obróbki koronowej?
Polimery o niskiej energii powierzchniowej, które opierają się klejeniu — zwłaszcza folie polietylenowe, polipropylenowe i poliestrowe. Jest szeroko stosowana przed drukiem, laminowaniem, powlekaniem i klejeniem na tych podłożach.
Czy wyładowanie koronowe czyści też powierzchnię?
Praktycznie nie. Korona nie ma zdolności czyszczących, więc brud, smar, oleje, silikony, środki antyadhezyjne i środki poślizgowe należy usunąć przed obróbką. Obróbka na zanieczyszczeniach aktywuje po prostu zanieczyszczenie, a nie podłoże.
Jak długo utrzymuje się efekt obróbki koronowej?
Obróbka starzeje się, a okres przydatności zależy od żywicy, jej receptury i środowiska przechowywania. Materiały o małej masie cząsteczkowej migrujące na powierzchnię stopniowo zmniejszają efekt, dlatego klejenie, powlekanie lub druk powinny nastąpić jak najszybciej.
Jaką gęstość mocy stosować?
Taką, która utrzyma poziom dyne wymagany przez faktycznie stosowaną farbę drukarską, klej lub powłokę — wartość powinna pochodzić z próby z rzeczywistą chemią, a nie z ogólnej wartości branżowej. Folie poliolefinowe zwykle przechodzą z ok. 30 dyne/cm bez obróbki do 38–44 dyne/cm po obróbce; PET i nylon zaczynają wyżej i mają cel 46–52. Przy zmianie prędkości linii stałą należy utrzymywać gęstość mocy, a nie moc.
Dlaczego przyczepność zawodzi, mimo że odczyt dyne jest zgodny z celem?
Prawie zawsze z powodu zanieczyszczeń. Korona nie ma zdolności czyszczących, więc aktywuje wszystko, co znajduje się na powierzchni — wykwit dodatku poślizgowego, olej ze sprężarki, środek antyadhezyjny lub silikon z powietrza. Pisak dyne z łatwością odczytuje energię powierzchniową zanieczyszczenia. Należy znaleźć i usunąć źródło, zamiast zwiększać poziom obróbki, co nie pomoże.
Czy rolkę po obróbce koronowej można magazynować przed drukiem?
Tylko w zwalidowanym oknie. Folia po obróbce traci energię powierzchniową w ciągu dni lub tygodni, gdy łańcuchy polimeru się reorientują, a materiał o małej masie cząsteczkowej migruje z powrotem na powierzchnię, a dodatki poślizgowe i antyblokujące przyspieszają tę utratę. Okno należy ustalić dla konkretnej folii i warunków przechowywania, egzekwować je i ponownie mierzyć poziom dyne na całej szerokości każdej rolki, która się zestarzała, przed jej uruchomieniem.
Zamów bezpłatną wycenę
Scott Sabreen — prezes i główny inżynier, ponad 30 lat doświadczenia. Prosimy o kontakt już dziś, aby bezpłatnie i bez zobowiązań omówić Państwa aplikację i rozwiązania SABREEN. Powierzcie nam Państwo swoje najtrudniejsze wyzwania.
Telefon: +1 972-820-6777
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest obróbka elektrycznym wyładowaniem koronowym?
Klasyczne elektryczne wyładowanie koronowe — wyładowanie barierowe — wykorzystuje generator i elektrody na źródle wysokiego napięcia, przeciwelektrodę o potencjale zerowym oraz dielektryk pełniący rolę bariery. Jest to wysokoczęstotliwościowe wyładowanie wysokonapięciowe wytwarzające różnicę potencjałów między dwoma punktami, wymagające zwykle uziemienia przy ponad 35 kV i 20 do 25 kHz.
Czy wyładowanie koronowe może obrabiać części trójwymiarowe, czy tylko płaską folię?
Niestandardowe konfiguracje elektrod pozwalają obrabiać bardzo różne geometrie powierzchni — płaskie, wyprofilowane, wgłębione i zasłonięte. Udokumentowanym zastosowaniem jest system obróbki koronowej złączy elektrycznych, w którym kombinacja elektrod igłowych i kulkowych obrabia jednocześnie trójwymiarowe otwory o małej średnicy i płaskie powierzchnie zewnętrzne; opisano go w patencie USA US5051586 (1991).
Czy plazma atmosferyczna jest tańszym zamiennikiem wyładowania koronowego?
Zwykle nie. Wyładowanie koronowe bywa skuteczniejsze na większych powierzchniach i przy większej głębokości obróbki, a wiele systemów plazmy atmosferycznej jest w istocie droższych, a nie tańszych. Wybór powinien wynikać z wymagań obróbki i geometrii, a nie z założenia o kosztach względnych.
Jak skutecznie wyładowanie koronowe czyści powierzchnię?
Uznano je za dość skuteczne w usuwaniu niewidocznych pozostałości węglowodorowych, które zostają po myciu rozpuszczalnikiem lub detergentem, dlatego bywa stosowane jako etap następujący po myciu, a nie jako jego zamiennik.
Czy wyładowanie koronowe wytwarza ozon?
Tak. Ozon powstaje w strefie plazmy wskutek wyładowania elektrycznego i musi być zagospodarowany w instalacji.
