พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้า
ประเด็นสำคัญ
- อากาศโดยรอบเป็นแก๊สทำงาน จึงไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายแก๊สพิเศษหรือถังแก๊ส
- ทำงานในอากาศเปิดโดยไม่ต้องใช้ห้องสุญญากาศ เหมาะกับสายการผลิตต่อเนื่อง
- ระบบมีสามประเภท ได้แก่ การปล่อยประจุโคโรนา พลาสมาความดันบรรยากาศ และพลาสมาเจ็ต
- ผลการกระตุ้นเสื่อมลงตามเวลา พลังงานพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นลดลงหากไม่ยึดติดหรือเคลือบโดยเร็ว
พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้า
พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าเป็นการปรับสภาพพื้นผิวที่ความดันบรรยากาศ โดยใช้ลมอัดโดยรอบเป็นแก๊สกระบวนการ ทำให้แตกตัวเป็นไอออนด้วยไฟฟ้าเพื่อออกซิไดซ์และกระตุ้นพื้นผิวพอลิเมอร์ทันทีก่อนการยึดติด การพิมพ์ หรือการเคลือบ ไม่ต้องใช้สุญญากาศ แก๊สบรรจุถัง หรือเชื้อเพลิงที่ติดไฟ อินพุตมีเพียงลมอัดสะอาดแห้งและกำลังไฟฟ้า จึงเป็นหนึ่งในการปรับสภาพที่ผสานเข้ากับเซลล์ผลิตเดิมได้ง่ายที่สุด
กลไก
การปล่อยประจุไฟฟ้าภายในหัวปรับสภาพทำให้กระแสอากาศแตกตัวเป็นไอออน สร้างอนุมูลออกซิเจน โอโซน สปีชีส์ไนโตรเจนที่ถูกกระตุ้น และ UV เมื่อพุ่งไปยังพื้นผิวพอลิเมอร์ สปีชีส์เหล่านี้ทำลายพันธะคาร์บอน–ไฮโดรเจนในชั้นโมเลกุลบนสุดไม่กี่ชั้น และต่อหมู่มีขั้วที่มีออกซิเจนเข้าไปแทน พลังงานพื้นผิวเพิ่มขึ้นทันที มุมสัมผัสลดลง และกาว หมึก และสารเคลือบเปียกพื้นผิวแทนที่จะจับเป็นหยด
การปล่อยประจุเดียวกันนี้ยังขจัดชั้นขอบที่อ่อนแอของสารปลดแม่พิมพ์ สารช่วยลื่น และน้ำมันในอากาศ ซึ่งมิฉะนั้นเป็นสาเหตุหลักของปัญหาการยึดเกาะ ในทางปฏิบัติ การทำความสะอาดนี้มักสำคัญเท่ากับการกระตุ้นทางเคมีเอง ซึ่งเป็นประเด็นที่ Sabreen อภิปรายไว้ในเรื่องปัญหาการยึดเกาะ
พารามิเตอร์กระบวนการหลัก
| พารามิเตอร์ | คำแนะนำเชิงปฏิบัติ |
|---|---|
| ระยะห่างหัวฉีด | โดยทั่วไป 5–20 mm เป็นตัวแปรที่ไวที่สุด สปีชีส์ว่องไวรวมตัวกันใหม่อย่างรวดเร็วในอากาศเปิด |
| เวลาคงอยู่ / ความเร็วเคลื่อนที่ | ตั้งให้ได้การสัมผัสที่สม่ำเสมอ การปรับสภาพไม่พอทำให้ไม่เกิดการยึดติด การปรับสภาพเกินมากทำให้ชั้นผิวเสื่อมและอ่อนแอลง |
| คุณภาพลม | ต้องสะอาด แห้ง และปราศจากน้ำมัน น้ำมันคอมเพรสเซอร์ที่หลุดมาสะสมบนพื้นผิวที่กำลังทำความสะอาดพอดี |
| ฟิกซ์เจอร์ยึดชิ้นงาน | การวางชิ้นงานซ้ำได้สำคัญกว่ากำลังดิบ ระยะห่างที่เปลี่ยนไปทำให้ระดับไดน์ต่างกันทั่วชิ้นงาน |
จุดแข็งและข้อจำกัด
- ใช้กับอินไลน์และหุ่นยนต์ได้ ติดตั้งหัวบนแขนหุ่นยนต์หรือสายพานได้ง่ายเพื่อปรับสภาพชิ้นส่วนขึ้นรูปสามมิติ
- ปรับสภาพแบบเลือก กระตุ้นเฉพาะพื้นที่ยึดติด ซึ่งรักษารูปลักษณ์และความสามารถในการพิมพ์ของส่วนที่เหลือของชิ้นงานที่ไม่ได้ปรับสภาพ
- ไม่มีเปลวไฟเปิด ในกรณีที่กระบวนการเผาไหม้ยอมรับไม่ได้ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัยหรือสถานที่ พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าเป็นทางเลือกทดแทนเชิงปฏิบัติของเฟลมพลาสมา
- จำกัดด้วยแนวสายตา ส่วนเว้า ส่วนคอดเข้า และพื้นผิวด้านในถูกบดบัง รูปทรงเหล่านั้นชี้ไปทางพลาสมาแก๊สเย็นความดันต่ำ
- การเกิดโอโซน โดยปกติต้องมีระบบดูดเฉพาะจุด
- ผลเสื่อมลง พลังงานพื้นผิวลดลงภายในหลายชั่วโมงถึงหลายวันเมื่อสายโซ่พอลิเมอร์จัดเรียงตัวใหม่ จึงควรยึดติดหลังการปรับสภาพโดยเร็ว
การยืนยันผล
ควรตรวจสอบระดับการปรับสภาพ ไม่ใช่สันนิษฐาน สารละลายแรงตึงผิวตาม ASTM D2578 ให้ค่าไดน์อย่างรวดเร็วที่สถานีงาน ขณะที่การวัดมุมสัมผัสด้วยโกนิโอมิเตอร์ให้ค่าเชิงปริมาณสำหรับการตรวจสอบกระบวนการ ควรกำหนดระดับไดน์ที่ต้องการจากการทดลองสำหรับระบบกาวหรือหมึกโดยเฉพาะ แล้วเฝ้าติดตาม เพราะการสึกหรอของหัวฉีด การเลื่อนของคุณภาพลม และการเคลื่อนคลาดของฟิกซ์เจอร์ ล้วนเปลี่ยนผลลัพธ์ตามเวลา
สิ่งที่คาดได้ตามวัสดุรองรับ
พลาสมาอากาศเพิ่มพลังงานพื้นผิวบนพอลิเมอร์ทั่วไปและพอลิเมอร์วิศวกรรมเกือบทั้งหมด แต่ขนาดของการเพิ่มและความเร็วของการเสื่อมต่างกันมากพอที่จะเปลี่ยนการวางแผนกระบวนการ พฤติกรรมโดยประมาณ ซึ่งต้องยืนยันบนชิ้นงานจริง
| วัสดุรองรับ | การตอบสนองต่อพลาสมาอากาศ | พฤติกรรมการเสื่อม |
|---|---|---|
| พอลิโพรพิลีน | เพิ่มมาก เป็นหนึ่งในการตอบสนองที่แรงที่สุด และเป็นเหตุผลปกติที่ซื้ออุปกรณ์ | ค่อนข้างเร็ว ควรยึดติดภายในหลายชั่วโมงหากทำได้ |
| พอลิเอทิลีน | เพิ่มมาก | เร็ว และเร่งขึ้นจากการเคลื่อนย้ายของสารช่วยลื่น |
| ABS | เพิ่มได้ดีจากจุดเริ่มต้นที่ปานกลางอยู่แล้ว | ปานกลาง |
| พอลิคาร์บอเนต | เพิ่มได้ดี ระวังฝ้าที่ปริมาณพลังงานสูงบนพื้นผิวเชิงแสง | ปานกลาง |
| TPE และ TPV | ดี แต่น้ำมันและพลาสติไซเซอร์เคลื่อนกลับมาอย่างรวดเร็ว | เร็ว ปรับสภาพทันทีก่อนการยึดติด |
| PPS และอะโรมาติกทนอุณหภูมิสูง | ปานกลาง มักยึดติดได้อยู่แล้ว การปรับสภาพช่วยให้สม่ำเสมอขึ้น | ช้า |
| ซิลิโคนและฟลูออโรพอลิเมอร์ | จำกัด วัสดุเหล่านี้โดยทั่วไปต้องใช้วิธีอื่น | ย้อนกลับเร็วมาก |
การแก้ปัญหาการปรับสภาพด้วยพลาสมาอากาศ
| อาการ | สาเหตุที่เป็นไปได้ | การแก้ไข |
|---|---|---|
| ความแข็งแรงของการยึดติดต่างกันในแต่ละชิ้น | ระยะห่างหัวฉีดเปลี่ยนไปตามการสึกหรอของฟิกซ์เจอร์หรือการวางชิ้นงาน | ระยะห่างเป็นตัวแปรที่ไวที่สุด แก้ไขฟิกซ์เจอร์ก่อนปรับกำลัง สปีชีส์ว่องไวรวมตัวกันใหม่ภายในระยะไม่กี่มิลลิเมตรในอากาศเปิด |
| การปรับสภาพได้ผลบนชิ้นทดสอบ แต่ล้มเหลวบนชิ้นงาน | การบดบังแนวสายตาในร่องและส่วนเว้า | จัดทำแผนที่ว่าพื้นผิวใดที่หัวเข้าถึงได้จริง รูปทรงที่ถูกบดบังชี้ไปทางพลาสมาแก๊สเย็นความดันต่ำ |
| ระดับไดน์ดี แต่การยึดเกาะไม่ดี | สิ่งปนเปื้อนถูกกระตุ้นซ้ำแทนที่จะถูกกำจัด หรือชั้นขอบที่อ่อนแอยังคงอยู่ | สืบหาสิ่งปนเปื้อน ได้แก่ สารปลดแม่พิมพ์ การซึมออกของพลาสติไซเซอร์ น้ำมันคอมเพรสเซอร์ ลมที่ส่งถึงหัวต้องสะอาด แห้ง และปราศจากน้ำมัน |
| ผลลดลงทีละน้อยตลอดหลายสัปดาห์ | หัวฉีดสึกหรอ หรือคุณภาพลมอัดเลื่อนคลาด | ใส่สภาพหัวฉีดและความแห้งของลมในตารางบำรุงรักษาเชิงป้องกัน และทำแนวโน้มค่าไดน์แทนการสุ่มตรวจ |
| พื้นผิวขุ่นหรือเสียหายให้เห็น | การปรับสภาพเกิน เวลาคงอยู่นานเกินไปหรือระยะห่างใกล้เกินไป | ลดเวลาคงอยู่ก่อนลดกำลัง บนพื้นผิวเชิงแสงและเน้นความสวยงาม ให้รับรองรูปลักษณ์ควบคู่กับการยึดติด |
| ยึดติดดีทันที แต่อ่อนลงในกะถัดไป | การกระตุ้นเสื่อมลงระหว่างการปรับสภาพและการยึดติด | ย้ายหัวปรับสภาพให้ใกล้สถานียึดติดมากขึ้นในลำดับกระบวนการ ปรับสภาพและยึดติดแบบอินไลน์แทนการปรับสภาพเป็นแบตช์ |
การผสานหัวเข้ากับเซลล์ผลิต
การติดตั้งพลาสมาอากาศที่น่าผิดหวังส่วนใหญ่เป็นปัญหาการผสานระบบ ไม่ใช่ปัญหากระบวนการ การปรับสภาพเองมีความทนทาน สิ่งที่ต้องอาศัยวิศวกรรมคือการรักษาให้คงที่
- ปรับสภาพทันทีก่อนการยึดติด การกระตุ้นเสื่อมลงภายในหลายชั่วโมงถึงหลายวัน ทุกสถานีระหว่างหัวพลาสมากับกาวจึงเป็นเวลาที่ผลเสื่อมลง การจัดลำดับแบบอินไลน์ดีกว่าการสต็อกชิ้นงานที่ปรับสภาพแล้วในเกือบทุกกรณี
- ตรึงระยะห่างด้วยกลไก เส้นทางหุ่นยนต์หรือหัวคงที่ที่มีชิ้นงานวางตำแหน่งแน่นอนรักษาระยะห่างได้ดีกว่าชิ้นงานที่ผู้ปฏิบัติงานวางมาก ตัวแปรเดียวนี้เป็นตัวกำหนดผลลัพธ์เป็นหลัก
- กำหนดข้อกำหนดของลม สะอาด แห้ง และปราศจากน้ำมัน เป็นข้อกำหนด ไม่ใช่ความปรารถนา น้ำมันคอมเพรสเซอร์ที่หลุดมาสะสมสิ่งปนเปื้อนลงบนพื้นผิวที่กำลังทำความสะอาดพอดี และเป็นสาเหตุที่พบบ่อยของปัญหาการยึดเกาะทั่วทั้งโรงงานที่ปรากฏโดยไม่มีการเปลี่ยนกระบวนการ
- ดูดโอโซน โดยปกติต้องมีระบบดูดเฉพาะจุด ตรวจสอบข้อกำหนดเทียบกับการประเมินการระบายอากาศของโรงงาน
- เฝ้าติดตาม อย่าสันนิษฐาน สารละลายแรงตึงผิวตาม ASTM D2578 ที่สถานีงาน พร้อมแผนภูมิแนวโน้ม จะแสดงการสึกหรอของหัวฉีดและการเลื่อนของคุณภาพลมก่อนปรากฏเป็นความล้มเหลวในภาคสนามนานมาก
- ปรับสภาพเฉพาะส่วนที่ต้องปรับ การกระตุ้นแบบเลือกที่พื้นที่ยึดติดรักษารูปลักษณ์และความสามารถในการพิมพ์ของส่วนที่เหลือ และลดปริมาณโอโซนไปพร้อมกัน
ศัพท์และเอกสารที่เกี่ยวข้อง
- บริการปรับสภาพพื้นผิวด้วยพลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้า
- การปรับสภาพพื้นผิวด้วยพลาสมาความดันบรรยากาศ
- การปรับสภาพพื้นผิวพอลิเมอร์ด้วยพลาสมาเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะ
- การวัดการยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดถูของสารเคลือบและหมึก
การประยุกต์ใช้ในการผลิต
The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับพลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าและการกระตุ้นพื้นผิวแบบอินไลน์ ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน
คำถามที่พบบ่อย
พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าคืออะไร
การปรับสภาพด้วยพลาสมาที่ใช้อากาศโดยรอบเป็นแก๊สทำงาน กระตุ้นด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้าแรงดันสูงเพื่อสร้างสนามพลาสมาว่องไว ปรับเปลี่ยนคุณสมบัติพื้นผิวเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะ โดยไม่ต้องใช้แก๊สพิเศษหรือสภาพแวดล้อมสุญญากาศ
พลาสมาเกิดขึ้นได้อย่างไร
สนามไฟฟ้าแรงสูง ผ่านอาร์ก โคโรนา หรือ Dielectric Barrier Discharge ทำให้อากาศโดยรอบระหว่างอิเล็กโทรดหรือใกล้หัวฉีดแตกตัวเป็นไอออน อากาศที่แตกตัวก่อเป็นพลาสมาเย็นที่ว่องไว ซึ่งมีสปีชีส์ที่ออกซิไดซ์และกระตุ้นพื้นผิว
พลาสมาอากาศใช้ทำอะไรได้บ้าง
การทำความสะอาดพื้นผิวเพื่อขจัดน้ำมัน คราบตกค้าง และสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์ก่อนการเคลือบ ทาสี หรือยึดติด การกระตุ้นพื้นผิวเพื่อเพิ่มพลังงานพื้นผิวให้หมึก กาว และสารเคลือบยึดเกาะดีขึ้น และการกัดผิวระดับจุลภาคเพื่อทำให้พื้นผิวหยาบเล็กน้อยสำหรับการยึดเชิงกล
การปรับสภาพลึกเพียงใด
ไม่ลึก การปรับเปลี่ยนอยู่ที่ผิว โดยทั่วไปจำกัดอยู่ที่ไม่กี่นาโนเมตรหรือไมโครเมตรบนสุดของพื้นผิว ซึ่งเพียงพอสำหรับการยึดเกาะ เพราะการยึดติดเป็นปรากฏการณ์ที่รอยต่อ แต่หมายความว่าผลค่อนข้างเปราะบาง
เหตุใดพลังงานพื้นผิวที่ปรับสภาพแล้วจึงลดลง
เพราะความสามารถในการเคลื่อนที่ของสายโซ่พอลิเมอร์ทำให้หมู่ฟังก์ชันที่ถูกออกซิไดซ์จัดเรียงตัวหนีจากพื้นผิว และสารเติมแต่งโมเลกุลต่ำเคลื่อนกลับมาที่พื้นผิว ผลไวต่อเวลา จึงควรยึดติดหรือเคลือบชิ้นส่วนโดยเร็วหลังการปรับสภาพ
ตัวแปรใดสำคัญที่สุดในการปรับสภาพด้วยพลาสมาอากาศ
ระยะห่างของหัวฉีด อย่างชัดเจน สปีชีส์ว่องไวที่ทำงานรวมตัวกันใหม่ภายในระยะไม่กี่มิลลิเมตรในอากาศเปิด ความแปรปรวนไม่กี่มิลลิเมตรจึงเปลี่ยนปริมาณพลังงานที่ส่งถึงไปมาก ความสามารถในการทำซ้ำของฟิกซ์เจอร์จึงสำคัญกว่ากำลังดิบ หากผลต่างกันในแต่ละชิ้น ให้แก้การวางชิ้นงานก่อนปรับการตั้งค่ากระบวนการ
ต้องยึดติดชิ้นงานภายในเวลาเท่าใดหลังการปรับสภาพ
เร็วที่สุดเท่าที่ปฏิบัติได้ การกระตุ้นเสื่อมลงภายในหลายชั่วโมงถึงหลายวันเมื่อสายโซ่พอลิเมอร์จัดเรียงตัวใหม่และสารเติมแต่งโมเลกุลต่ำเคลื่อนกลับมาที่พื้นผิว และการเสื่อมเร็วที่สุดบนพอลิโอเลฟินและอีลาสโตเมอร์ที่มีน้ำมันหรือพลาสติไซเซอร์ ควรจัดลำดับหัวพลาสมาให้อยู่ก่อนสถานียึดติดหรือเคลือบทันที แทนที่จะปรับสภาพเข้าสต็อกพัก
พลาสมาอากาศปรับสภาพภายในส่วนเว้าและส่วนคอดเข้าได้หรือไม่
ไม่ได้ เป็นกระบวนการแนวสายตา พื้นผิวที่ถูกบดบังจึงได้รับการปรับสภาพน้อยหรือไม่ได้เลย นี่เป็นเหตุผลที่พบบ่อยที่สุดที่กระบวนการซึ่งใช้ได้บนชิ้นทดสอบแบนล้มเหลวบนชิ้นงานขึ้นรูปจริง ควรจัดทำแผนที่ว่าพื้นผิวใดที่หัวเข้าถึงได้จริง รูปทรงภายในที่ซับซ้อนชี้ไปทางพลาสมาแก๊สเย็นความดันต่ำ ซึ่งเติมเต็มห้องแทนที่จะพุ่งใส่พื้นผิว
ขอใบเสนอราคาฟรี
Scott Sabreen — ประธานและหัวหน้าวิศวกร ประสบการณ์กว่า 30 ปี ติดต่อเราวันนี้เพื่อปรึกษาการใช้งานของคุณและโซลูชันจาก SABREEN โดยไม่มีค่าใช้จ่าย
โทรศัพท์: +1 972-820-6777
คำถามที่พบบ่อย
การปรับสภาพด้วยพลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าคืออะไร
พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าเป็นการปรับสภาพเฉพาะจุดด้วยโคโรนา หรือเรียกว่าพลาสมาอากาศเป่า โคโรนาอากาศอัด หรือ blown arc หัวปรับสภาพมีอิเล็กโทรดตะขอสองตัวอยู่ใกล้กันบนหม้อแปลงแรงดันสูง สร้างอาร์กไฟฟ้าราว 7 ถึง 12 กิโลโวลต์ที่ความถี่ต่ำกว่า คือ 50 ถึง 60 รอบต่อวินาที อากาศอัดจะพาการปล่อยประจุโคโรนาที่เกิดขึ้นไปยังชิ้นงาน ไม่ต้องต่อสายดิน
พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าต่างจากการปรับสภาพด้วยโคโรนาอย่างไร
ทั้งสองเป็นการปล่อยประจุโคโรนา แต่พลาสมาอากาศทำงานที่ความถี่ต่ำกว่ามาก คือ 50 ถึง 60 เฮิรตซ์ เทียบกับ 20 ถึง 25 กิโลเฮิรตซ์ของโคโรนาแบบดั้งเดิม และไม่ต้องใช้สายดินหรือชั้นกั้นไดอิเล็กทริก มันเป็นการปรับสภาพเฉพาะจุดไม่ใช่ทั้งพื้นที่ จึงเหมาะกับตำแหน่งที่เจาะจงมากกว่าการปรับสภาพทั้งพื้นผิว
พลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้าทำความสะอาดพื้นผิวได้หรือไม่
แทบไม่มีความสามารถในการทำความสะอาดเลย สิ่งปนเปื้อนที่อยู่บนชิ้นงานก่อนการปรับสภาพจะยังคงอยู่หลังจากนั้น ชิ้นงานที่มีสารถอดแบบ น้ำมัน หรือคราบจากการหยิบจับจึงต้องทำความสะอาดก่อน
การปรับสภาพโคโรนาเฉพาะจุดให้อายุการเก็บยาวกว่าการปรับสภาพด้วยเปลวไฟหรือไม่
ไม่ใช่ บนพอลิโอเลฟินกลับตรงกันข้าม งานวิจัยทางวิชาการแสดงว่า เฟลมพลาสมาให้อายุการเก็บหลังการปรับสภาพที่ยาวกว่าบนพอลิโอเลฟิน ซึ่งอธิบายว่ามาจากความลึกของการปรับสภาพที่ตื้นกว่าโดยเปรียบเทียบ ความเชื่อว่าการปรับสภาพโคโรนาเฉพาะจุดอยู่ได้นานกว่าเป็นหนึ่งในความเข้าใจผิดที่ฝังรากลึกที่สุดในเรื่องนี้
มีโอโซนเกิดขึ้นหรือไม่
มี การปล่อยประจุก่อให้เกิดโอโซน ซึ่งต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบระบบดูดอากาศและระบายอากาศรอบสถานีปรับสภาพ
