Yüzey enerjisi

Yüzey enerjisi

Önemli noktalar

• Yüzey enerjisi, bir sıvının ıslatıp ıslatmayacağını ya da boncuklanıp boncuklanmayacağını belirler; baskı ve yapıştırma başarısının tek başına en yararlı öngörücüsüdür.
• Sıvının yüzey gerilimi, katınkinden yaklaşık 7–10 dyne/cm'lik bir çalışma payı kadar düşük olmalıdır.
• Poliolefinler yaklaşık 29–31 dyne/cm'de durur; bu, hemen her mürekkep ve yapıştırıcının altındadır ve ön işlem gerektirmelerinin nedeni budur.
• İşlem etkisi azalır. Yüzey enerjisi geçici bir durumdur, parçanın kalıcı bir özelliği değildir.

Yüzey enerjisi

Yüzey enerjisi, bir katı yüzeydeki moleküllerin kütledeki moleküllere kıyasla taşıdığı fazla enerjidir ve plastiklerde bir mürekkebin, yapıştırıcının veya kaplamanın yüzey üzerinde yayılıp yayılmayacağını ya da boncuklara toplanıp toplanmayacağını belirler. Geleneksel olarak santimetre başına dyne (dyne/cm) cinsinden bildirilir; bu, sayısal olarak metre başına milinewtona eşittir.

Bir katının içindeki moleküller her yönden çevrilidir ve çekim kuvvetleri her yönde doyurulmuştur. Yüzeydeki moleküller ise böyle değildir; dolayısıyla doyurulmamış bağ kapasitesi taşırlar. Bir sıvının etkileşime girebileceği şey bu doyurulmamış kapasitedir ve bunun çok az olduğu bir yüzey, yani düşük enerjili yüzey, sıvıya tutunacak hiçbir şey vermez.

Islatmayı belirleyen kural

Bir sıvının bir katıyı ıslatması için sıvının yüzey geriliminin katının yüzey enerjisinden düşük olması gerekir. Daha yüksek olduğunda sıvı temas alanını en aza indirir ve boncuklanır. Pratikte salt eşitlik yerine bir pay gerekir:

Hedef yüzey enerjisi ≈ sıvının yüzey gerilimi + 7 ila 10 dyne/cm

Bu tek ilişki, plastiklerdeki yapışma hatalarının çoğunu açıklar. İşlem görmemiş, 29 dyne/cm'deki polipropilene uygulanan yaklaşık 35 dyne/cm'lik su bazlı bir mürekkep onu ıslatamaz ve hiçbir kuruma süresi, basınç veya mürekkep yeniden formülasyonu bu aritmetiği değiştirmez. Önce yüzeyin yükseltilmesi gerekir.

Polimere göre tipik değerler

Yüzey enerjisini yükseltmek

Her endüstriyel ön işlem aynı temel yolla çalışır: üstteki birkaç moleküler katmanı oksitleyerek, apolar hidrokarbon ana zincire polar oksijen içeren gruplar aşılamak. Yöntemler ilkede değil, geometri, maliyet ve dayanıklılıkta farklılaşır:

• Korona deşarj işlemi: yüksek hızda film ve web için standarttır; metrekare başına maliyeti düşüktür.
• Alev plazması: buna dayanacak yeterli ısıl kütleye sahip kalıplanmış ve konturlu parçalara uygundur.
• Atmosferik plazma: seçicidir, robota monte edilebilir ve ısıl yükü düşüktür; üç boyutlu parçalar içindir.
• Soğuk gaz plazması: gölgede kalan geometriye ulaşan, en dayanıklı sonucu veren ve yüzey kimyasını uyarlama olanağı sunan vakumlu toplu (batch) prosestir.
• Pyrosil: mevcut yüzeyi aktive etmek yerine reaktif bir silikat katmanı biriktirir ve çok daha uzun bir kullanılabilir pencere sağlar.

Ölçmek

Tek bir noktada değil, parça boyunca veya web genişliği boyunca ölçün. Kenardan merkeze değişim yaygındır, kolayca gözden kaçar ve rastgele görünen bir hatanın sık nedenidir.

İşlem etkisi neden kalıcı değildir

Yükseltilmiş yüzey enerjisi geçici bir durumdur. İki mekanizma onu tekrar aşağı çeker ve ikisi de işlem durduğu andan itibaren çalışır:

• Zincir yeniden yönelimi. Aşılanmış polar gruplar hareketli polimer zincirlerine bağlıdır; zincirler onları enerjetik olarak daha rahat oldukları yüzeyin altına gömmek için döner. Sıcaklık bunu hızlandırır.
• Katkı maddesi göçü. Kayganlaştırıcılar, blok önleyici katkılar, plastikleştiriciler ve artık kalıp ayırıcı yüzeye göç eder ve işlem görmüş katmanı kaplar. Poliolefin filmde genellikle daha büyük etki budur ve işlem cihazında hiçbir şey değişmeden bir formülasyon değişikliğinin kullanılabilir pencereyi neden kısaltabildiğini açıklar.

Pratik sonuç, işlem ile yapıştırma arasındaki sürenin, belirtilmiş bir azami değerle proses şartnamesinde yer alması gerektiğidir. Yaşlanmış işlem görmüş stok, iyi olduğu varsayılmak yerine kullanmadan önce yeniden ölçülmelidir.

İlgili terimler ve okumalar

• Plazma yüzey işlemi ne kadar süre dayanır?
• ASTM D3359 bant testi
• Temas açısı
• Tüm polimer yüzey ön işlemi yöntemleri
• Plastik yapışma sorunlarını çözmenin bilimi
• Yapışma sorunları
• Düşük yüzey enerjili polimerlerde mürekkep püskürtmeli baskı ve yapışma

Bunu üretimde uygulamak

The Sabreen Group, yüzey enerjisi ölçümü, ön işlem seçimi ve yapışma sorunlarının giderilmesi için bağımsız mühendislik desteği sağlar. Bir proses belirliyor, bir malzemeyi nitelendiriyor veya bir üretim sorununu gideriyorsanız mühendislik hizmetleri ekibimiz yardımcı olabilir. Uygulamanızı görüşmek için bizimle iletişime geçin.

Sıkça sorulan sorular

Bir plastiğin baskıdan veya yapıştırmadan önce ne kadar yüzey enerjisine ihtiyacı vardır?

Sıvının yüzey gerilimini kabaca 7 ila 10 dyne/cm aşacak kadar. Çoğu mürekkep ve yapıştırıcı için bu, poliolefinlerde 38–44 dyne/cm ve PET filmde 46–52 anlamına gelir; ancak rakam genel bir hedeften değil, gerçek kimyayla yapılan bir denemeden gelmelidir. Gerçek mürekkeple hiç test edilmemiş, sektör standardı bir rakamı belirten bir şartname, başarısız olmayı bekleyen bir şartnamedir.

Diğer plastikler gerektirmezken poliolefinler neden ön işleme ihtiyaç duyar?

Çünkü polipropilen ve polietilen yaklaşık 29–31 dyne/cm'de durur; bu, hemen her yaygın mürekkebin ve yapıştırıcının altındadır ve hiç ıslatma olmaz. Polikarbonat, ABS ve PET, birçok sıvının üstünde veya yakınında olan 35–46 aralığında başlar; bu yüzden çoğunlukla kalıplandığı gibi basılabilir veya yapıştırılabilir. Poliolefinleri inert ve ucuz kılan kimya, onları basılamaz kılan kimyayla aynıdır.

Dyne kalemi okuması üretim kontrolü için yeterince güvenilir midir?

Hızlı bir kontrol için evet; savunulması gereken her şey için hayır. Kalem mürekkepleri kurur ve yaşlanır, okuma da özneldir. ASTM D2578'e göre ıslatma gerilimi çözeltileri standart üretim yöntemidir; temas açısı goniometrisi ise doğrulama veya bir müşteriyle anlaşmazlığı çözmek için gereken nicel değeri verir. Hangisi kullanılırsa kullanılsın, tek bir noktada değil genişlik boyunca ölçün.

Dyne okuması doğruyken yapışma neden başarısız olur?

Neredeyse her zaman kirlilik. Ön işlem yüzeydeki her şeyi aktive eder; bu yüzden kalıp ayırıcı, kayganlaştırıcı katkı çıkışı veya kompresör yağı tabakası polimer yerine aktive olur ve dyne kalemi bu aktive olmuş kirleticiyi memnuniyetle okur. İşlem seviyesini yükseltmek yardımcı olmaz. Kirleticiyi kaynağına kadar izleyin; bu çoğunlukla işlem istasyonu değil, akış yukarısındaki bir prosestir.

Yüzey işlemi ne kadar süre dayanır?

Polimere, katkı paketine ve depolama koşullarına bağlı olarak saatlerden haftalara. Polimer zincirleri aşılanmış polar grupları gömmek için yeniden yönelir; kayganlaştırıcılar, plastikleştiriciler ve kalıp ayırıcı da yüzeye göç edip onları kaplar. Elastomerler ve plastikleştirilmiş kaliteler en hızlı azalır. Azami işlem-yapıştırma aralığını deneysel olarak belirleyin, proses şartnamesine koyun ve yaşlanmış stoku hâlâ iyi olduğunu varsaymak yerine yeniden ölçün.

---