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表面能与达因值计算器

检查油墨、涂层或胶粘剂能否润湿您的塑料,将接触角读数换算为表面能,并查询常见塑料的典型达因值。

能否润湿?基材与油墨、涂层或胶粘剂对比

只有当表面能高于液体的表面张力时,液体才能润湿表面。经验法则:塑料的表面能比油墨、涂层或胶粘剂高约 8-10 dyn/cm 时,即可获得合格的附着力。请选择您的塑料或输入实测达因值,再选择要施加在其上的材料。

1. 您的塑料
或
实测值(达因笔或接触角)总是优于典型值 — 经处理、填充和回收的牌号差异很大。
2. 施加的材料
或
所列数值为典型值。供应商的技术数据表(TDS)给出实际表面张力——如有,请使用该数值。

结果 · dyn/cm

29表面: PP
32液体
-3余量(目标 +10)
无法润湿

液体的表面张力高于塑料的表面能,因此会聚成液珠而不铺展——干燥时间、压力或配方调整都改变不了这一基本关系。请先进行表面预处理。

该液体所需的目标表面能:42 dyn/cm 或更高,应在印刷、涂装或粘接时测量。

PP: 未经处理的 PP 约为 29-31 dyn/cm,低于几乎所有油墨和胶粘剂,因此表面预处理实际上必不可少。典型目标值为 38-44 dyn/cm。含爽滑剂的牌号可能在 24 小时内损失大部分处理效果。

希望 Scott 帮您分析这个结果吗?

请留下您的电子邮箱,如愿意,可附一句关于零件的说明。上面的数值会随您的留言一并发送。

接触角换算表面能(Owens–Wendt 法)

达因液只能告诉您合格与否。接触角则能告诉您表面能有多少、其中极性分量占多少——而极性分量正是表面预处理所增加的部分。水和二碘甲烷是常用组合:水提供极性贡献,二碘甲烷基本为非极性。本计算器采用 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble(OWRK)模型;请将所用模型与结果一并记录。

测试液 1 (极性液体)
测试液 2 (非极性液体)
每种液体至少测量五个液滴并取平均值,且须在同一表面上测量。

结果 · mN/m

35总值
34.3色散分量
0.7极性分量

极性:总表面能中 2% 为极性分量。

未处理的聚烯烃几乎完全是色散分量,极性分量接近零。等离子体处理、火焰处理和电晕放电处理会在表面引入极性基团,正是这些基团提高了极性分量。

本计算器使用的公式和液体数据
γL (1 + cos θ) / 2 = √(γSᵈ · γLᵈ) + √(γSᵖ · γLᵖ)

对每种液体各列一次该式,即得到含两个未知数的两个方程 — 即固体表面能的色散分量(γSᵈ)和极性分量(γSᵖ)。两者之和即为总表面能。液体数值(mN/m):

液体总值色散极性
水72.821.851
二碘甲烷50.850.80
甲酰胺583919
乙二醇482919
甘油(丙三醇)63.43726.4
1-溴萘44.444.40

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请留下您的电子邮箱,如愿意,可附一句关于零件的说明。上面的数值会随您的留言一并发送。

常见塑料的表面能

未处理塑料的典型表面能、常用的表面预处理方法,以及氧气或空气等离子体处理后通常可保持有效的时间。牌号、填料、添加剂、脱模剂和存放条件都会改变这些数值——请将其作为制定试验计划的起点,而不是技术规格。

表面能数据来自 Sabreen 已发表的资料;† = Sabreen 未发表数据时采用的典型文献值。计算器采用每个范围的下限值。1 dyn/cm = 1 mN/m。
塑料 未处理表面能 dyn/cm = mN/m 未处理能否印刷/粘接? 常用表面预处理 处理效果保持时间 空气/O₂ 等离子体处理后
PTFE 及含氟聚合物 18-20 否 Pyrosil® 或冷气体等离子体 数分钟至数小时
有机硅 约 24 否 Pyrosil® 数分钟至数小时
聚丙烯(PP、OPP、BOPP) 29-31 否 火焰处理(注塑件)、电晕放电处理(薄膜)、大气等离子体 数小时至数天
TPO 及烯烃类 TPE 29-31 否 大气等离子体或火焰等离子 衰减快——需在数小时内粘接
聚乙烯(LDPE、HDPE) 30-31 否 火焰处理(注塑件)、电晕放电处理(薄膜)、大气等离子体 数小时至数天
PBT 约 32 需先处理 大气等离子体或冷气体等离子体 数天至数周
PVC,增塑(软质) 33-38 临界 等离子体处理,然后尽快粘接或印刷 快
聚苯乙烯(PS) 33-38 部分油墨可以 火焰或等离子体处理 —
缩醛(POM) 低于 36 否 冷气体等离子体 —
ABS 35-42 通常可以 清洁;为保证一致性可采用火焰或电等离子体处理 一周至数周
亚克力(PMMA) 38-41 † 通常可以 清洁;电等离子体处理(火焰可能使光学表面发雾) 一周至数周
PPS 约 38 否 大气等离子体或冷气体等离子体;处理至粘接间隔较长时用 Pyrosil® 数天至数周
PVC,硬质 约 39 通常可以 清洁;要求高时采用等离子体处理 —
尼龙(PA 6、PA 66) 40-46 通常可以(干燥件) 电晕放电处理、空气或大气等离子体、火焰处理、冷气体等离子体 数天至约两周
聚酰亚胺 约 40 部分体系可以 等离子体处理 —
PEEK 40-44 † 临界 冷气体等离子体或 Pyrosil® 数天至数周
聚酯(PET) 41-44 部分体系可以 电晕放电处理(薄膜)、等离子体处理 一周至数周
聚砜(PSU) 约 41 通常可以 清洁;等离子体处理 —
聚碳酸酯(PC) 42-46 通常可以 清洁;电等离子体处理(火焰可能使光学表面发雾) 一周至数周
改性 PPO 约 47 通常可以 清洁;等离子体处理 —

如何测量表面能

达因液和达因笔(ASTM D2578)

从较高的达因值——60——开始,在表面上划一道。如果液体在两秒内没有收缩成液滴,说明表面能至少达到该值。如果更早收缩成珠,则换用低一级的达因液重复测试,直到液膜能保持为止。切勿在同一位置重复测试;请记录温度和湿度,在零件的多个位置而非单点测量,并在表面预处理后立即测试,在使用工位再测一次。达因液可保存 6-12 个月;达因笔会干涸并产生漂移。测试液含有 2-乙氧基乙醇和甲酰胺,请谨慎操作——孕妇不应进行此项测试。

接触角

接触角测量仪测量液滴与表面所成的角度——当数据需要经得起推敲时,应采用此方法。使用一致的液滴体积(几微升),快速测量,并读取多个读数。仅用水即可快速检查处理效果:

水接触角表面状态典型对象
低于 30°润湿良好,亲水处理良好的表面
30-60°中等润湿处理过的聚烯烃,或未处理的极性聚合物
60-90°润湿不良未处理的工程热塑性塑料;粘接处于临界状态
90-120°不润湿,疏水未处理的聚烯烃
高于 120°强疏水含氟聚合物、有机硅——或受有机硅污染的表面

读数良好并不代表一切

表面预处理会活化表面上的一切物质,包括污染物,而达因液同样会对被活化的污染物给出“合格”读数。如果达因值良好但粘接仍然失效,应先排查污染,而不是提高处理强度——附着力失效故障排查工具会逐步引导您完成排查。

处理效果会衰减——请在使用工位测量

等离子体处理、火焰处理和电晕放电处理的效果并非永久:聚合物链会重新取向,添加剂会迁移到表面。聚烯烃的大部分损失发生在最初 24 小时内,温度较高的存放环境会加快衰减。上表给出了典型的可用时间窗口;如需确定您自己的数据,请在实际存放条件下,于处理后 0、1、4 和 24 小时以及 3、7、14 和 28 天测量处理过的零件,然后将最长处理至粘接时间写入工艺规范。参见等离子体处理效果能保持多久。

常见问题

塑料印刷或粘接需要多高的达因值?

通常,当塑料的表面能比油墨、涂层或胶粘剂的表面张力高约 8-10 dyn/cm 时,即可获得合格的附着力。对于聚烯烃上的大多数油墨和胶粘剂,这意味着 38-44 dyn/cm;UV 喷墨油墨通常要求 42 或更高,PET 薄膜处理至 46-52,而结构粘接可能需要高得多的数值——尼龙 50-54 dyn/cm,PPS 配环氧胶至少 48-54。请用您实际使用的化学体系进行试验以确认该数值。

dyn/cm 与 mN/m 相同吗?

相同。1 dyn/cm 等于 1 mN/m。达因值(dyn/cm)是印刷和加工行业的传统单位;mN/m 是接触角测量中使用的国际单位制单位。

聚丙烯的表面能是多少?

未处理聚丙烯约为 29-31 dyn/cm(mN/m),几乎完全是色散分量。这低于几乎所有油墨和胶粘剂的表面张力,因此 PP 在印刷或粘接前需进行火焰、电晕放电或等离子体处理。

达因笔和接触角测量一样准确吗?

不一样。达因液和达因笔是快速的生产检查手段,但它们是对液膜能否保持两秒的主观判断,而且达因笔会老化。接触角测量能给出经得起推敲的数值,配合两种液体还能区分表面能的极性分量和色散分量。

等离子体或电晕放电处理的效果能保持多久?

从数分钟到数周不等,取决于聚合物、其添加剂和存放条件。氧气或空气等离子体处理后的典型可用时间窗口:有机硅和含氟聚合物数分钟至数小时;PP 和 PE 数小时至数天;尼龙数天至约两周;ABS、PC、PET 和 PMMA 一周至数周。温度较高的存放环境和爽滑添加剂会缩短这些时间。Pyrosil® 处理通常可保持有效数周至数月。

表面仍然不接受油墨或胶粘剂?

Scott Sabreen 解决塑料附着力问题已有 30 多年。请描述零件、材料和工艺,他会告诉您该从哪里着手排查。

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Scott Sabreen

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总裁兼首席工程师
30 多年专业经验

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