Calculateur d'énergie de surface et de niveau dyne
Vérifiez si une encre, un revêtement ou un adhésif mouillera votre plastique, convertissez des mesures d'angle de contact en énergie de surface et consultez les niveaux dyne typiques des plastiques courants.
Y aura-t-il mouillage ? Substrat face à l'encre, au revêtement ou à l'adhésif
Un liquide ne mouille une surface que si l'énergie de surface est supérieure à la tension superficielle du liquide. Règle pratique : une adhérence acceptable est obtenue lorsque le plastique se situe environ 8-10 dyn/cm au-dessus de l'encre, du revêtement ou de l'adhésif. Choisissez votre plastique, ou saisissez un niveau dyne mesuré, ainsi que ce qui est appliqué dessus.
Résultat · dyn/cm
La surface dépasse le liquide d'au moins 8 dyn/cm – la marge de 8-10 dyn/cm à partir de laquelle une adhérence acceptable est normalement obtenue. Confirmez par un essai avec votre encre, votre revêtement ou votre adhésif réel : le mouillage est nécessaire, mais pas suffisant.
Le liquide peut s'étaler, mais avec une marge inférieure à 8-10 dyn/cm, attendez-vous à des rétractions, des piqûres et une adhérence faible ou irrégulière. Augmentez l'énergie de surface par un prétraitement.
La tension superficielle du liquide est supérieure à l'énergie de surface du plastique : il perle au lieu de s'étaler – et aucun temps de séchage, aucune pression ni aucune reformulation ne change cette arithmétique. Prétraitez d'abord.
Énergie de surface cible pour ce liquide : 42 dyn/cm ou plus, mesurée au moment de l'impression, du revêtement ou du collage.
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De l'angle de contact à l'énergie de surface (Owens–Wendt)
Les solutions dyne indiquent conforme ou non conforme. Les angles de contact indiquent quelle quantité d'énergie de surface est présente et quelle part en est polaire – la part qu'apporte le prétraitement. L'eau et le diiodométhane forment le couple habituel : l'eau fournit la contribution polaire, le diiodométhane est essentiellement apolaire. Ce calculateur utilise le modèle d'Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) ; notez le modèle avec votre résultat.
Résultat · mN/m
Polarité : 2% du total est polaire.
Les polyoléfines non traitées sont presque entièrement dispersives, avec une composante polaire proche de zéro. Le traitement plasma, à la flamme et corona ajoute des groupes polaires à la surface, ce qui augmente la composante polaire.
L'équation et les données des liquides utilisées par ce calculateur
Écrite pour chaque liquide, elle donne deux équations à deux inconnues — les composantes dispersive (γSᵈ) et polaire (γSᵖ) de l'énergie de surface du solide. Leur somme donne le total. Valeurs des liquides (mN/m) :
| Liquide | Total | Dispersive | Polaire |
|---|---|---|---|
| Eau | 72.8 | 21.8 | 51 |
| Diiodométhane (iodure de méthylène) | 50.8 | 50.8 | 0 |
| Formamide | 58 | 39 | 19 |
| Éthylène glycol | 48 | 29 | 19 |
| Glycérol | 63.4 | 37 | 26.4 |
| 1-Bromonaphtalène | 44.4 | 44.4 | 0 |
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Énergie de surface des plastiques courants
Énergies de surface typiques des plastiques non traités, prétraitements habituellement utilisés et durée pendant laquelle un traitement plasma à l'oxygène ou à l'air reste généralement exploitable. Le grade, les charges, les additifs, l'agent de démoulage et le stockage font tous varier ces valeurs – considérez-les comme le point de départ d'un plan d'essais, non comme une spécification.
| Plastique | Énergie de surface sans traitement dyn/cm = mN/m | Imprimable / collable sans traitement ? | Prétraitement habituel | Le traitement reste exploitable après plasma air / O₂ |
|---|---|---|---|---|
| PTFE et fluoropolymères | 18-20 | Non | Pyrosil® ou plasma froid basse pression | Quelques minutes à quelques heures |
| Silicone | environ 24 | Non | Pyrosil® | Quelques minutes à quelques heures |
| Polypropylène (PP, OPP, BOPP) | 29-31 | Non | Flamme (pièces moulées), corona (film), plasma atmosphérique | Quelques heures à quelques jours |
| TPO et TPE oléfiniques | 29-31 | Non | Plasma atmosphérique ou à flamme | Rapide – coller dans les heures qui suivent |
| Polyéthylène (LDPE, HDPE) | 30-31 | Non | Flamme (pièces moulées), corona (film), plasma atmosphérique | Quelques heures à quelques jours |
| PBT | environ 32 | Traiter d'abord | Plasma atmosphérique ou plasma froid | Quelques jours à quelques semaines |
| PVC plastifié (souple) | 33-38 | Limite | Plasma, puis coller ou imprimer rapidement | Rapide |
| Polystyrène (PS) | 33-38 | Certaines encres | Flamme ou plasma | — |
| Acétal (POM) | moins de 36 | Non | Plasma froid | — |
| ABS | 35-42 | Souvent | Nettoyage ; flamme ou plasma électrique pour la régularité | Une à plusieurs semaines |
| Acrylique (PMMA) | 38-41 † | Souvent | Nettoyage ; plasma électrique (la flamme peut voiler les surfaces optiques) | Une à plusieurs semaines |
| PPS | environ 38 | Non | Plasma atmosphérique ou plasma froid ; Pyrosil® pour de longs délais entre traitement et collage | Quelques jours à quelques semaines |
| PVC rigide | environ 39 | Souvent | Nettoyage ; plasma pour les applications exigeantes | — |
| Nylon (PA 6, PA 66) | 40-46 | Souvent (pièces sèches) | Corona, plasma à air ou atmosphérique, flamme, plasma froid | Quelques jours à environ deux semaines |
| Polyimide | environ 40 | Certains systèmes | Plasma | — |
| PEEK | 40-44 † | Limite | Plasma froid ou Pyrosil® | Quelques jours à quelques semaines |
| Polyester (PET) | 41-44 | Certains systèmes | Corona (film), plasma | Une à plusieurs semaines |
| Polysulfone (PSU) | environ 41 | Souvent | Nettoyage ; plasma | — |
| Polycarbonate (PC) | 42-46 | Souvent | Nettoyage ; plasma électrique (la flamme peut voiler les surfaces optiques) | Une à plusieurs semaines |
| PPO modifié | environ 47 | Souvent | Nettoyage ; plasma | — |
Comment mesurer l'énergie de surface
Solutions et stylos dyne (ASTM D2578)
Commencez par un niveau dyne élevé – 60 – et tracez-le sur la surface. Si le liquide ne se rompt pas en gouttelettes dans les deux secondes, l'énergie de surface est au moins égale à cette valeur. S'il perle plus tôt, répétez avec le niveau immédiatement inférieur jusqu'à ce qu'un trait tienne. Ne testez jamais deux fois le même endroit, notez la température et l'humidité, mesurez sur l'ensemble de la pièce plutôt qu'en un seul point, et testez immédiatement après le prétraitement puis à nouveau au point d'utilisation. Les solutions se conservent 6-12 mois ; les stylos sèchent et dérivent. Les solutions de test contiennent du 2-éthoxyéthanol et du formamide : manipulez-les avec précaution – les personnes enceintes ne doivent pas effectuer ce test.
Angle de contact
Un goniomètre mesure l'angle que forme une goutte de liquide avec la surface – la méthode à utiliser lorsqu'une valeur doit pouvoir être défendue. Utilisez un volume de goutte constant de quelques microlitres, mesurez rapidement et effectuez plusieurs lectures. L'eau seule permet un contrôle rapide du traitement :
| Angle de contact à l'eau | Surface | Typique de |
|---|---|---|
| Moins de 30° | Bien mouillé, hydrophile | Surface bien traitée |
| 30-60° | Moyennement mouillé | Polyoléfine traitée, ou polymère polaire non traité |
| 60-90° | Mal mouillé | Thermoplastique technique non traité ; limite pour le collage |
| 90-120° | Non mouillant, hydrophobe | Polyoléfine non traitée |
| Plus de 120° | Fortement hydrophobe | Fluoropolymère, silicone – ou surface contaminée par du silicone |
Une bonne mesure ne dit pas tout
Le prétraitement active tout ce qui se trouve sur la surface, contamination comprise, et une solution dyne lira sans difficulté un contaminant activé. Si le niveau dyne est bon et que le collage cède quand même, recherchez une contamination avant d'augmenter le niveau de traitement – le diagnostic des défauts d'adhérence vous guide pas à pas.
Le traitement se dégrade – mesurez au point d'utilisation
Le traitement plasma, à la flamme et corona n'est pas permanent : les chaînes polymères se réorientent et les additifs migrent vers la surface. Sur une polyoléfine, l'essentiel de la perte survient dans les 24 premières heures, et un stockage au chaud l'accélère. Le tableau ci-dessus donne des fenêtres d'utilisation typiques ; pour définir les vôtres, mesurez des pièces traitées à 0, 1, 4 et 24 heures et à 3, 7, 14 et 28 jours dans les conditions réelles de stockage, puis inscrivez un délai maximal entre traitement et collage dans la spécification du procédé. Voir combien de temps dure un traitement plasma.
Questions fréquentes
Quel niveau dyne faut-il pour imprimer ou coller un plastique ?
En règle générale, une adhérence acceptable est obtenue lorsque l'énergie de surface du plastique dépasse d'environ 8-10 dyn/cm la tension superficielle de l'encre, du revêtement ou de l'adhésif. Pour la plupart des encres et adhésifs sur polyoléfines, cela signifie 38-44 dyn/cm ; les encres jet d'encre UV demandent généralement 42 ou plus, le film PET est traité à 46-52, et les collages structuraux peuvent exiger bien davantage – nylon 50-54 dyn/cm, PPS avec époxy au moins 48-54. Confirmez la valeur par un essai avec votre chimie réelle.
Le dyn/cm est-il identique au mN/m ?
Oui. 1 dyn/cm équivaut à 1 mN/m. Le niveau dyne (dyn/cm) est l'unité traditionnelle en impression et en transformation ; le mN/m est l'unité SI utilisée pour les mesures d'angle de contact.
Quelle est l'énergie de surface du polypropylène ?
L'énergie de surface du polypropylène non traité est d'environ 29-31 dyn/cm (mN/m), presque entièrement dispersive. C'est inférieur à la tension superficielle de presque toutes les encres et de tous les adhésifs, raison pour laquelle le PP est traité à la flamme, au corona ou au plasma avant impression ou collage.
Les stylos dyne sont-ils aussi précis que la mesure d'angle de contact ?
Non. Les solutions et stylos dyne sont des contrôles de production rapides, mais ils reposent sur une appréciation subjective de la tenue d'un film pendant deux secondes, et les stylos vieillissent. La goniométrie d'angle de contact fournit une valeur défendable et, avec deux liquides, elle sépare les composantes polaire et dispersive de l'énergie de surface.
Combien de temps dure un traitement plasma ou corona ?
De quelques minutes à quelques semaines, selon le polymère, ses additifs et le stockage. Fenêtres d'utilisation typiques après plasma à l'oxygène ou à l'air : silicones et fluoropolymères, quelques minutes à quelques heures ; PP et PE, quelques heures à quelques jours ; nylon, quelques jours à environ deux semaines ; ABS, PC, PET et PMMA, une à plusieurs semaines. Un stockage au chaud et les additifs glissants les raccourcissent. Le traitement Pyrosil® reste généralement exploitable pendant des semaines, voire des mois.
Pour aller plus loin
La surface n'accepte toujours pas l'encre ou l'adhésif ?
Scott Sabreen résout des problèmes d'adhérence sur plastiques depuis plus de 30 ans. Décrivez la pièce, le matériau et le procédé, et il vous dira où chercher.
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