วิธีการยึดติดพอลิฟีนิลีนซัลไฟด์ด้วยแรงยึดเกาะ

วิธีการยึดติดพอลิฟีนิลีนซัลไฟด์ด้วยแรงยึดเกาะ

พอลิฟีนิลีนซัลไฟด์ (PPS) เป็นเทอร์โมพลาสติกวิศวกรรมกึ่งผลึกทนอุณหภูมิสูง ในอุตสาหกรรม PPS เป็นที่รู้จักว่าเป็นพลาสติกที่มีสมรรถนะเทียบเท่าโลหะ และอาจกล่าวได้ว่าเป็นหนึ่งในพอลิเมอร์ที่ยึดติดกับตัวเองหรือกับวัสดุต่างชนิด เช่น อะลูมิเนียมและไทเทเนียม ได้ยากที่สุด การยึดติด PPS ให้สำเร็จต้องเข้าใจคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ ซึ่งทำให้มอดุลัสของเรซินแต่ละเกรดแตกต่างกันและมีความสำคัญต่อแต่ละการใช้งาน เอกสารนี้นำเสนอเทคนิคกรณีศึกษาที่พิสูจน์แล้วในภาคสนามเพื่อให้ได้การยึดติดด้วยแรงยึดเกาะที่มีความแข็งแรงสูง

ประเด็นสำคัญ

• PPS ที่ไม่ผ่านการปรับสภาพมีค่าใกล้ 38 dynes/cm ต่ำกว่าแรงตึงผิว 45–50 dynes/cm ของอีพอกซีที่เข้ากันได้มาก
• เป้าหมายหลังการปรับสภาพคือ 60–70 dynes/cm ซึ่งเป็นระดับที่ได้พันธะที่เชื่อถือได้มากที่สุด และยืดอายุการเก็บได้ถึงสองปีขึ้นไป
• ขึ้นรูปที่ 275–300°F หากต่ำกว่านี้ PPS จะคงสภาพอสัณฐานและจะตกผลึกภายหลังระหว่างการใช้งาน ทำให้มิติและคุณสมบัติเปลี่ยนแปลง
• ทำความสะอาดด้วยตัวทำละลายอะซีโทนหรือ MEK แอลกอฮอล์ ไซลีน และโทลูอีนขจัดสิ่งสกปรกได้ แต่ขจัดสารปนเปื้อนไฮโดรคาร์บอนไม่ได้
• บ่มอีพอกซีที่ 300–350°F โดยวัดที่ชิ้นงาน ไม่ใช่ค่าที่ตั้งไว้ของตู้อบ และรักษาความหนาแนวยึดติดไว้ที่ 0.002–0.007 นิ้ว

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใด PPS จึงยึดติดยากมาก

PPS เฉื่อยทางเคมี มีพลังงานพื้นผิวต่ำ และทนต่อสารกัดกร่อนได้กว้างที่สุดในบรรดาพลาสติกวิศวกรรมขั้นสูง ความเฉื่อยเดียวกันที่ทำให้มีคุณค่าก็ทำให้กาวเปียกผิวไม่ได้ PPS ที่ไม่ผ่านการปรับสภาพวัดได้ประมาณ 38 dynes/cm โดยมีมุมสัมผัสกับน้ำประมาณ 80.3°

พลังงานพื้นผิวของ PPS ควรสูงถึงเท่าใดหลังการปรับสภาพ

อย่างน้อย 48–54 dynes/cm เพื่อให้สูงกว่าแรงตึงผิว 45–50 dynes/cm ของกาวอีพอกซีที่เข้ากันได้ ในทางปฏิบัติ การยึดติดที่เชื่อถือได้มากที่สุดเกิดที่ 60–70 dynes/cm และระดับการปรับสภาพที่สูงกว่านี้ยืดอายุการเก็บหลังการปรับสภาพได้ถึงสองปีหรือนานกว่า ซึ่งพบได้ไม่บ่อยในบรรดาพอลิเมอร์

อุณหภูมิแม่พิมพ์มีผลต่อการยึดติดหรือไม่

มีผลมาก PPS ต้องขึ้นรูปที่ 275 ถึง 300°F เพื่อให้ได้สถานะผลึกสมบูรณ์ หากขึ้นรูปที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้จะคงสภาพอสัณฐาน และจะตกผลึกเมื่ออุณหภูมิใช้งาน รวมถึงความร้อนจากการบ่มกาว สูงกว่าอุณหภูมิขึ้นรูป ทำให้มิติและคุณสมบัติเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิโก่งตัวจากความร้อนของ PPS เสริมใยแก้ว 40% เพิ่มจาก 350°F ในสถานะอสัณฐานเป็นมากกว่า 500°F ในสถานะผลึก

ควรใช้ตัวทำละลายชนิดใดทำความสะอาด PPS

อะซีโทนหรือเมทิลเอทิลคีโตน ทั้งนี้ตามนโยบายของบริษัทและกฎหมายของรัฐ เพื่อขจัดวัสดุน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เช่น ซิลิโคน สารปลดปล่อยแม่พิมพ์ และสารป้องกันการลื่น หลีกเลี่ยงตัวทำละลายส่วนเกิน ซึ่งทิ้งชั้นขอบเขตที่อ่อนแอและคราบฝ้าที่ขัดขวางการยึดติด

พื้นผิวลวดลายช่วยการยึดติด PPS หรือไม่

ช่วย พื้นผิวลวดลายสร้างการล็อกเชิงกล งานผิวแม่พิมพ์ เช่น NTMA "40 — Diamond buffed 1200 Grit" โดยทั่วไปให้ผลดีกว่า "10 — Fine Diamond 8000 Grit" สำหรับคอนเนกเตอร์และรูลึก พินแกนที่กัดผิวในแม่พิมพ์ให้ผลดีมาก

คุณสมบัติของ PPS

คุณสมบัติของ PPS เช่นเดียวกับพลาสติกสมรรถนะสูงทนอุณหภูมิสูงอื่น ๆ รวมถึง PEEK และ LCP ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมการตกผลึก PPS เฉื่อยทางเคมี มีพลังงานพื้นผิวต่ำ และทนต่อสารกัดกร่อนได้กว้างที่สุดในบรรดาพลาสติกวิศวกรรมขั้นสูง ใช้ในงานยานยนต์ อากาศยาน การแพทย์ และอุตสาหกรรมนับพันรายการที่ต้องการชิ้นส่วนทนอุณหภูมิสูง ทนตัวทำละลาย และป้องกันไฟฟ้า PPS หน่วงการติดไฟได้เองโดยธรรมชาติ จึงเป็นวัสดุที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างอากาศยาน ชิ้นส่วนระบบส่งกำลังและระบบเชื้อเพลิงใต้ฝากระโปรง ใบพัดปั๊มน้ำ และอื่น ๆ แม้คุณลักษณะเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งต่อสมรรถนะ แต่การเปียกผิวที่ไม่ดีเป็นความท้าทายด้านการยึดติดสำหรับผู้ผลิต

PPS มีจำหน่ายสองรูปแบบที่แตกต่างกัน คือโครงสร้างโมเลกุลแบบ "กิ่ง" (Branched) และแบบ "เส้นตรง" (Linear) ยี่ห้อที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด ได้แก่ Ticona Fortron® และ Chevron Phillips Ryton® แบบกิ่งมีแนวโน้มแข็งกว่า ส่วนแบบเส้นตรงมักให้ความแข็งแรงเชิงกลและการดัดงอที่ดีกว่า รวมถึงเสถียรภาพของของหลอมที่สูงกว่า PPS แบบเส้นตรงยังมีสิ่งเจือปนไอออนิกน้อยกว่า1 ใยแก้ว (30 เปอร์เซ็นต์และ 40 เปอร์เซ็นต์) และส่วนผสมใยแก้ว/แร่ธาตุที่เติมใน PPS มาตรฐานรองรับการใช้งานเฉพาะทางและการใช้งานที่ต้องการสูง ผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์มักเลือก PPS เสริมใยแก้ว 40 เปอร์เซ็นต์สำหรับผลิตภัณฑ์ฉนวนและคอนเนกเตอร์ นักออกแบบพิจารณาการเลือกแบบกิ่งหรือเส้นตรง แบบเติมหรือไม่เติม อย่างรอบคอบตามคุณสมบัติสมรรถนะในภาคสนาม การออกแบบเครื่องมือและรอยต่อ และการแปรรูปขั้นต้น น่าเสียดายที่มักให้ความสำคัญน้อยกว่ากับผลกระทบของการเลือกเหล่านี้ต่อการดำเนินงานผลิตขั้นที่สอง โดยเฉพาะกระบวนการยึดติดด้วยแรงยึดเกาะ

การแปรรูปขั้นต้น

การแปรรูป PPS อย่างถูกต้องมีความสำคัญเพื่อให้ได้คุณสมบัติตามที่ระบุของวัสดุนี้ ผลิตภัณฑ์ PPS ไม่ดูดความชื้น จึงไม่มีปัญหาการขยายตัวด้านมิติเหมือนไนลอน (พอลิเอไมด์) แต่ยังคงสำคัญที่ต้องใช้เรซินแห้งในการขึ้นรูปชิ้นงาน ความชื้นเองก็เป็นปัญหา ระดับความชื้นสูงอาจทำให้เกิดโพรง ซึ่งส่งผลเสียต่อสมรรถนะของชิ้นงาน กระทบการยึดเกาะ และเปลี่ยนรูปลักษณ์ ระยะเวลาระหว่างการอบแห้งกับการแปรรูปควรสั้นที่สุด ควรอบแห้ง PPS ในเครื่องอบแห้งแบบลดความชื้นที่ติดตั้งกับกรวยป้อน ไม่แนะนำตู้อบลมร้อน แม้อาจใช้ได้หากระมัดระวังเป็นพิเศษ เหตุผลที่ไม่แนะนำตู้อบดังกล่าวคือ ก) หากเติมถาดสูงเกินไป (มากกว่า 1-1.5 นิ้ว) วัสดุที่ก้นถาดจะแห้งไม่ทั่วถึง ข) หากอบวัสดุหลายชนิดที่ต่างกัน (ในถาดต่างกัน) พร้อมกันในตู้อบ เม็ดพลาสติกอาจตกลงไปยังถาดล่างได้ง่าย ทำให้วัสดุในถาดล่างปนเปื้อน2

เพื่อให้ได้สถานะผลึกสมบูรณ์ ต้องใช้อุณหภูมิแม่พิมพ์อย่างน้อย 275 ถึง 300 องศาฟาเรนไฮต์ เมื่อขึ้นรูป PPS ต่ำกว่า 275 องศาฟาเรนไฮต์ ชิ้นงานจะเป็นอสัณฐานหรือกึ่งผลึก และคงสถานะนี้จนกว่าจะได้รับอุณหภูมิใช้งานที่สูงขึ้น (รวมถึงการบ่มกาวด้วยความร้อน) หากอุณหภูมิใช้งานสูงกว่าอุณหภูมิขึ้นรูป ชิ้นงานจะเป็นผลึกมากขึ้น ทำให้มิติและคุณสมบัติเปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิโก่งตัวจากความร้อน (HDT) ที่ 264 psi (1.8 MPa) ของ PPS เสริมใยแก้ว 40 เปอร์เซ็นต์ที่ขึ้นรูปในสถานะไม่เป็นผลึกอยู่ที่เพียง 350 องศาฟาเรนไฮต์ แต่เพิ่มเป็น >500 องศาฟาเรนไฮต์ (260 องศาเซลเซียส) ในสถานะผลึก ข้อนี้สำคัญต่อการคำนวณอุณหภูมิและเวลาบ่มกาวที่เหมาะสมที่สุด (ขึ้นอยู่กับจำนวนชิ้นส่วนในตู้อบและมวลรวม) เพื่อให้เกิดการเชื่อมขวางทางเคมีสมบูรณ์ นอกจากนี้ อุณหภูมิแม่พิมพ์ยังมีผลอย่างมากต่อลักษณะพื้นผิว ควรดำเนินกระบวนการยึดติดโดยเร็วที่สุดหลังการขึ้นรูป หรือบรรจุชิ้นงานให้แน่นในถุงที่ไม่ใช่โพลี

การทำความสะอาดพื้นผิว

สำหรับผลิตภัณฑ์ PPS ความสะอาดของพื้นผิวและการปรับสภาพด้วยพลาสมาเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำคัญเพื่อให้ได้พันธะที่แข็งแรงสูง พื้นผิวต้องปราศจากสิ่งปนเปื้อน เช่น สิ่งสกปรก จาระบี และน้ำมัน วัสดุน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (LMWM) เช่น ซิลิโคน สารปลดปล่อยแม่พิมพ์ และสารป้องกันการลื่น ขัดขวางการยึดติด การทำความสะอาดพื้นผิว PPS ด้วยตัวทำละลายและกำจัดวัสดุ LMWM (ตามนโยบายของบริษัทและกฎหมายของรัฐ) แนะนำอะซีโทนหรือเมทิลเอทิลคีโตน (MEK) ตัวทำละลายที่อ่อนกว่า เช่น ไซลีน โทลูอีน และแอลกอฮอล์ (IPA) ใช้ขจัดสิ่งสกปรกที่ผิวได้ แต่ขจัดสารปนเปื้อนไฮโดรคาร์บอนไม่ได้ หลีกเลี่ยงการใช้ตัวทำละลายส่วนเกิน เพราะอาจสร้างชั้นขอบเขตที่อ่อนแอจากสารเคมีที่ไม่ถูกขจัด ทิ้งคราบฝ้าสะสมที่ขัดขวางการยึดติด ใช้เทคนิคที่ถูกต้องเสมอ รวมถึงใช้ผ้าที่ไม่มีเศษขุยและสวมถุงมือป้องกันมือที่ไม่มีแป้ง การทำความสะอาดด้วยตัวทำละลายได้ผลกับพื้นผิวที่เปิดเผยและเข้าถึงได้ แต่โดยทั่วไปไม่เหมาะกับบริเวณที่อยู่ไกลและแยกตัว เช่น รูเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กในงานคอนเนกเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ กระบวนการปรับสภาพด้วยพลาสมามีประสิทธิผลแตกต่างกันในการทำความสะอาดและปรับสภาพทุกพื้นผิวพร้อมกัน

การปรับสภาพด้วยการออกซิเดชันพื้นผิว

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าเหตุใดจึงต้องมีการปรับสภาพ และกลไกที่ช่วยปรับปรุงความแข็งแรงของพันธะยึดเกาะ สาเหตุพื้นฐานที่พลาสติกจำนวนมากยึดติดยากคือเป็นวัสดุไม่มีขั้วที่ไม่ชอบน้ำ เฉื่อยทางเคมี และเปียกผิวได้ไม่ดี (คือพลังงานพื้นผิวต่ำ) แม้คุณสมบัติเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับนักออกแบบ แต่เป็นอุปสรรคสำหรับผู้ผลิตที่ต้องยึดติดวัสดุเหล่านี้ โดยหลักการ จะได้การยึดเกาะที่ยอมรับได้เมื่อพลังงานพื้นผิวของวัสดุรองรับพลาสติกสูงกว่าแรงตึงผิวของกาว สารเคลือบ หรือหมึกเหลวประมาณ 8-10 dynes/cm ในสถานะนี้ ของเหลวจะ "เปียกผิว" หรือยึดเกาะกับพื้นผิว วิธีวัดพลังงานพื้นผิวและ "การเปียกผิว" คือการใช้สารละลายไดน์ที่สอบเทียบแล้วตาม ASTM D2578

พลังงานพื้นผิวของ PPS ที่ไม่ผ่านการปรับสภาพอยู่ที่ประมาณ 38 dynes/cm (มุมสัมผัสกับน้ำที่คำนวณได้คือ 80.3°) แรงตึงผิวของกาวเรซินอีพอกซีที่เข้ากันได้คือ 45-50 dynes/cm ดังนั้น พลังงานพื้นผิวหลังการปรับสภาพที่คำนวณได้ต้องอยู่ในช่วงอย่างน้อย 48-54 dynes/cm ในสถานะนี้ ของเหลวจะ "เปียกผิว" หรือยึดเกาะกับพื้นผิว ในทางปฏิบัติ การยึดติด PPS ที่เชื่อถือได้มากที่สุดเกิดเมื่อพลังงานพื้นผิวอยู่ที่ 60-70 dynes/cm ระดับการปรับสภาพด้วยพลาสมาที่สูงกว่านี้มีประโยชน์เพิ่มเติมคือยืดอายุการเก็บหลังการปรับสภาพได้ถึงสองปีหรือนานกว่า ซึ่งโดยทั่วไปไม่เป็นเช่นนี้กับพอลิเมอร์อื่น

เนื่องจากธรรมชาติที่ไม่มีขั้วและไม่ชอบน้ำ การใช้งานยึดติด PPS ด้วยแรงยึดเกาะโดยปกติต้องปรับสภาพพื้นผิวด้วยพลาสมาทันทีหลังทำความสะอาดด้วยตัวทำละลาย เพื่อเพิ่มพลังงานพื้นผิวและสร้างหมู่ฟังก์ชันทางเคมี การปรับสภาพที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ PPS ได้แก่ การปรับสภาพด้วยโคโรนาดิสชาร์จไฟฟ้า พลาสมาเป่าไอออนความดันบรรยากาศ เฟลมพลาสมา และแก๊สเย็น RF (ความดันต่ำ) กระบวนการเหล่านี้มีลักษณะร่วมกันคือสามารถสร้าง "พลาสมาแก๊ส" ซึ่งเป็นแก๊สที่ว่องไวสูงมาก ประกอบด้วยอิเล็กตรอนอิสระ ไอออนบวก และสปีชีส์อื่น ๆ และเกิดการสร้างหมู่ฟังก์ชันทางเคมีบนพื้นผิวด้วย3 ในทางฟิสิกส์ กลไกการสร้างพลาสมาเหล่านี้แตกต่างกัน แต่ผลต่อความสามารถในการเปียกผิวคล้ายกัน แต่ละวิธีเหมาะกับงานเฉพาะและมีข้อดีและ/หรือข้อจำกัด4 สิ่งที่ต้องพิจารณา ได้แก่ รูปทรงของชิ้นส่วน ระบบอัตโนมัติในการจัดการวัสดุ และคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของวัสดุรองรับ PPS สีดำมักถูกเลือกด้วยเหตุผลหลายประการ เนื่องจากคาร์บอนแบล็กอาจมีระดับการนำไฟฟ้าแตกต่างกัน การประเมินวิธีปรับสภาพด้วยไฟฟ้าอย่างรอบคอบจึงสำคัญ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่เกิดการอาร์กไฟฟ้าระหว่างกระบวนการปรับสภาพ การอาร์กอาจลดทอนคุณสมบัติความต้านทานของฉนวนของวัสดุ ซึ่งจำเป็นต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

โคโรนาดิสชาร์จไฟฟ้าแบบคลาสสิกได้จากเครื่องกำเนิดและขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับแหล่งไฟฟ้าแรงสูง ขั้วไฟฟ้าตรงข้ามที่ศักย์เป็นศูนย์ และไดอิเล็กทริกที่ใช้เป็นตัวกั้น กล่าวคือ การปล่อยประจุความถี่สูง-แรงดันสูง (หม้อแปลงเพิ่มแรงดัน) ทำให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างสองจุดที่ต้องมีการต่อลงดิน 35+kV และ 20-25kHz การกำหนดค่าขั้วไฟฟ้าแบบเฉพาะรองรับการปรับสภาพรูปทรงพื้นผิวได้หลากหลาย ทั้งพื้นผิวเรียบ โค้ง ลึก และแยกตัว ตัวอย่างการใช้งานเฉพาะทางคือระบบปรับสภาพด้วยโคโรนาดิสชาร์จสำหรับคอนเนกเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งใช้ชุดขั้วไฟฟ้าแบบพินและลูกบอลปรับสภาพรูสามมิติเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก (≤0.0305 นิ้ว) และพื้นผิวภายนอกเรียบในหลายระนาบพร้อมกัน สิทธิบัตรสหรัฐ US5051586 (1991) สำหรับคอนเนกเตอร์ทางทหารที่ทำจาก PPS อายุการเก็บหลังการปรับสภาพเกินสองปี โอโซนเกิดขึ้นในบริเวณพลาสมาจากการปล่อยประจุไฟฟ้า โคโรนาดิสชาร์จแทบไม่มีความสามารถในการทำความสะอาด (ดูรูปที่ 1 หน้า 36)

พลาสมาความดันบรรยากาศหรือพลาสมาเป่าไอออนจากไฟฟ้า (เรียกอีกอย่างว่าพลาสมาโคโรนาแบบโฟกัส) ใช้ขั้วไฟฟ้าหัวฉีดแคบเดี่ยว ขับเคลื่อนด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน และอากาศแรงดันสูง ซึ่งเกิดพลาสมาโฟกัสความเข้มสูงภายในหัวปรับสภาพและพุ่งออกมา กระบวนการปรับสภาพนี้ทำความสะอาดสิ่งสกปรก เศษ และไฮโดรคาร์บอนบางชนิดจากวัสดุรองรับได้ แต่ไม่ขจัดซิลิโคนและสารป้องกันการลื่นส่วนใหญ่ งานวิจัยใหม่ชี้ว่าการกัดผิวอย่างละเอียดสามารถสร้างลักษณะพื้นผิวใหม่เพื่อเพิ่มการยึดติดเชิงกล ไม่มีโอโซนเป็นผลพลอยได้ แต่เกิดไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ซึ่งอาจมีกลิ่นคล้ายกันจนหลงผิดได้

การปรับสภาพด้วยเฟลมพลาสมาใช้สปีชีส์ว่องไวสูงที่มีอยู่ในการเผาไหม้ของอากาศและแก๊สไฮโดรคาร์บอน (เพื่อสร้างพลาสมา) แม้การปรับสภาพด้วยเปลวไฟจะคายความร้อน แต่ความร้อนไม่ได้สร้างหมู่ฟังก์ชันทางเคมีและการเปียกผิวที่ดีขึ้น การเผาด้วยเปลวไฟทำความสะอาดสิ่งสกปรก เศษ และไฮโดรคาร์บอนบางชนิดจากวัสดุรองรับ แต่ไม่ขจัดซิลิโคน สารปลดปล่อยแม่พิมพ์ และสารป้องกันการลื่น การปรับสภาพด้วยเปลวไฟให้การเปียกผิว การออกซิเดชัน และอายุการเก็บที่สูงกว่าการปรับสภาพด้วยไฟฟ้า เนื่องจากความลึกของการปรับสภาพจากพื้นผิวค่อนข้างตื้นกว่า คือ 5-10nm และไม่เกิดโอโซน เมื่อจัดหาหัวเผาสำหรับการปรับสภาพด้วยเปลวไฟ ควรเปรียบเทียบแบบริบบิ้นกับแบบรูเจาะ และประโยชน์ของตัวปรับความดันแบบสมดุลศูนย์

พลาสมาแก๊สเย็น หรือเรียกอีกอย่างว่า "พลาสมาแก๊สเย็นความดันต่ำ" ดำเนินการในห้องปิดที่ดูดอากาศออก เมื่อเทียบกับวิธีการปรับสภาพพื้นผิวแบบความดันบรรยากาศ (อากาศ) มักใช้แก๊สออกซิเจน (O2) บริสุทธิ์ 100 เปอร์เซ็นต์เกรดอุตสาหกรรม แก๊สถูกปล่อยเข้าห้องภายใต้ภาวะสุญญากาศบางส่วนและได้รับสนามไฟฟ้า RF เป็นการตอบสนองของสปีชีส์ว่องไวสูงที่เกิดขึ้นกับพอลิเมอร์ที่วางในสนามพลาสมา บนชั้นวางหรือกรงอะลูมิเนียมที่เป็นขั้วไฟฟ้านำไฟภายใน ซึ่งทำลายพันธะโมเลกุลและทำให้เกิดการทำความสะอาดและการปรับเปลี่ยนทางเคมี/กายภาพ (รวมถึงความขรุขระของพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงการยึดติดเชิงกล) ประโยชน์สำคัญของกระบวนการพลาสมาแก๊สเย็นคือกำจัดไฮโดรคาร์บอน จึงตัดขั้นตอนการทำความสะอาดด้วยตัวทำละลาย การปรับสภาพแบบความดันบรรยากาศไม่ได้กำจัด/ทำความสะอาดไฮโดรคาร์บอนพอลิอะโรมาติกทั้งหมด จึงอาจจำเป็นต้องทำความสะอาดด้วยตัวทำละลาย (ก่อนการปรับสภาพ)

กาวและการบ่ม

การออกแบบรอยต่อที่เหมาะสมที่สุดมีความสำคัญยิ่งในทุกการใช้งานยึดติดด้วยกาว รอยต่อที่ยึดติดอาจรับแรงดึง แรงอัด แรงเฉือน แรงลอกออก หรือแรงแยก ซึ่งมักเกิดร่วมกัน สำหรับการใช้งาน PPS จำนวนมาก กาวอีพอกซีโครงสร้างสองส่วนประกอบที่บ่มด้วยความร้อนเหมาะอย่างยิ่ง ความหนาแนวยึดติดที่บางและสม่ำเสมอ (0.002 ถึง 0.007 นิ้ว) เป็นที่นิยมเพื่อให้ได้คุณสมบัติความแข็งแรงเฉือนและแรงดึงที่เหมาะสมที่สุด นอกจากนี้ ความเข้มข้นของโพรงอากาศก็น้อยกว่า เมื่อเป็นไปได้ โดยเฉพาะรอยต่อที่ไม่มีตัวรองรับ ควรหนีบวัสดุรองรับไว้ขณะที่กาวบ่ม/เย็นตัว

สำหรับการใช้งาน PPS เสริมใยแก้ว อุณหภูมิโก่งตัวจากความร้อนในสถานะผลึกคือ >500 องศาฟาเรนไฮต์ ดังนั้นอุณหภูมิบ่มในตู้อบจึงอยู่ระหว่าง 300 ถึง 350 องศาฟาเรนไฮต์ได้อย่างปลอดภัย สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือนี่เป็นอุณหภูมิของชิ้นส่วนที่ถึงระหว่างการบ่ม ซึ่งอาจต่างจากค่าที่ตั้งไว้ของตู้อบ หลีกเลี่ยงการวางซ้อนชิ้นส่วน ชิ้นส่วนควรคงอยู่ที่อุณหภูมิจนกว่าจะบ่มสมบูรณ์ เพื่อให้แน่ใจว่ากาวเกิดการเชื่อมขวางเต็มที่ การบ่มไม่เพียงพอ (อุณหภูมิ/เวลา) เป็นหนึ่งในปัญหาที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้การยึดเกาะล้มเหลว โดยนิยามแล้ว "ความล้มเหลวของการยึดเกาะ" เกิดที่รอยต่อระหว่างกาวกับวัสดุที่ถูกยึดติด (วัสดุรองรับ) เมื่อสังเกตด้วยสายตา จะมีกาวเหลืออยู่ที่ตำแหน่งใดก็ได้บนพื้นผิวเพียงด้านเดียว และไม่มีบนวัสดุที่ถูกยึดติดชิ้นที่สอง

นอกจากการทำความสะอาดด้วยตัวทำละลายและการปรับสภาพด้วยพลาสมาแล้ว พื้นผิวที่มีลวดลายตามที่ขึ้นรูปจะเพิ่มการยึดเกาะแบบล็อกเชิงกล การทำพื้นผิวลวดลายทำได้ในแม่พิมพ์ หรือทำด้วยมือโดยใช้แผ่น Scotch-Brite ตัวอย่างเช่น งานผิวโพรงแม่พิมพ์ NTMA "40-Diamond buffed 1200 Grit" มีแนวโน้มปรับปรุงความแข็งแรงของการยึดติดได้ดีกว่างานผิว "10-Fine Diamond 8000 Grit" (ช่วง 0-3 ไมครอน) แม้พื้นผิวที่มีลวดลายเพียงเล็กน้อยก็เป็นประโยชน์ สำหรับผลิตภัณฑ์คอนเนกเตอร์และงานรูลึกอื่น ๆ พินแกนที่กัดผิวในแม่พิมพ์ให้ผลดีมาก

โดยสรุป เพื่อให้ได้การยึดติดด้วยแรงยึดเกาะที่มีความแข็งแรงสูงของ PPS (เสริมใยแก้ว 30-40 เปอร์เซ็นต์) กับกาวอีพอกซีชนิดบ่มด้วยความร้อน แนะนำดังนี้

• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเรซิน PPS ได้รับการอบแห้งอย่างเหมาะสมก่อนการขึ้นรูป และแปรรูปที่ 275 ถึง 300 องศาฟาเรนไฮต์
• ดำเนินกระบวนการยึดติดโดยเร็วที่สุดหลังการขึ้นรูป
• ทำความสะอาดพื้นผิวชิ้นส่วนด้วยตัวทำละลาย
• ใช้การปรับสภาพด้วยพลาสมาเพื่อเพิ่มการเปียกผิวและการสร้างหมู่ฟังก์ชันทางเคมี
• ใช้แนวกาวที่บางและสม่ำเสมอ
• บ่มในตู้อบที่ 300 ถึง 350 องศาฟาเรนไฮต์

จะได้ประโยชน์เพิ่มเติมหากทำพื้นผิวผลิตภัณฑ์ให้มีลวดลาย ทั้งนี้ พื้นผิวที่ออกซิไดซ์ด้วยพลาสมาอาจส่งผลเสียต่อกระบวนการประกอบขั้นถัดไป เช่น การปิดผนึกด้วยความร้อน/การเชื่อมที่ไม่ดี เมื่อเกิดการปรับสภาพมากเกินไป พื้นผิวที่ผ่านการปรับสภาพด้วยพลาสมาเสื่อมสภาพในอัตราและระดับที่แตกต่างกันตามปัจจัยของสภาพแวดล้อมโดยรอบ รวมถึงอุณหภูมิและความชื้น

การยึดติด PPS ด้วยกาวให้เชื่อถือได้ต้องอาศัยแนวทางระบบโซลูชันแบบครบวงจรที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ คุณสมบัติของวัสดุ และการดำเนินงานขั้นต้นและขั้นที่สอง การออกซิเดชันด้วยพลาสมาแก้ปัญหาการยึดเกาะได้หลายกรณี แต่การเลือกวิธีที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงผู้ผลิตอุปกรณ์ การปรับสภาพ ไม่ว่าจะทางเคมี เชิงกล หรือพลาสมา สามารถใช้ร่วมกันเพื่อเพิ่มผลลัพธ์การยึดติดและลดความแปรปรวนของกระบวนการ

เอกสารอ้างอิง

• "Designing with Plastics", E-Publication, International Association of Plastics Distribution magazine, Dec. 2003.
• "Fortron® PPS Processing and Troubleshooting Guide", Ticona Polymers, 1999.
• Mark Strobel, Christopher Lyons, 3M Company, 3M Center, 1995.
• Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc., "Surface Wetting & Pretreatment Methods," Plastics Decorating, 2002.

Scott R. Sabreen เป็นผู้ก่อตั้งและประธานของ The Sabreen Group, Inc. บริษัทที่ปรึกษาด้านวิศวกรรมที่เชี่ยวชาญด้านกระบวนการผลิตพลาสติกขั้นที่สอง ได้แก่ การปรับสภาพพื้นผิว การยึดติด การตกแต่งและการเก็บงานผิว การมาร์กด้วยเลเซอร์ และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ Sabreen พัฒนาเทคโนโลยีใหม่และแก้ปัญหาด้านการผลิตมานานกว่า 30 ปี ติดต่อได้ที่ 972.820.6777 หรือเยี่ยมชม sabreen.com หรือ plasticslasermarking.com

---