Kalkulator energii powierzchniowej i poziomu dyne
Sprawdzenie, czy farba drukarska, powłoka lub klej zwilży dane tworzywo, przeliczenie odczytów kąta zwilżania na energię powierzchniową oraz typowe poziomy dyne popularnych tworzyw sztucznych.
Czy zwilży? Podłoże a farba drukarska, powłoka lub klej
Ciecz zwilża powierzchnię tylko wtedy, gdy energia powierzchniowa jest wyższa niż napięcie powierzchniowe cieczy. Praktyczna zasada: akceptowalną przyczepność uzyskuje się, gdy energia tworzywa jest o ok. 8-10 dyn/cm wyższa niż napięcie farby drukarskiej, powłoki lub kleju. Należy wybrać tworzywo lub wpisać zmierzony poziom dyne, a następnie wskazać, co zostanie naniesione.
Wynik · dyn/cm
Energia powierzchniowa przewyższa napięcie powierzchniowe cieczy o co najmniej 8 dyn/cm – to margines 8-10 dyn/cm, przy którym zwykle uzyskuje się akceptowalną przyczepność. Wynik należy potwierdzić próbą z użyciem rzeczywistej farby drukarskiej, powłoki lub kleju: zwilżanie jest warunkiem koniecznym, ale nie wystarczającym.
Ciecz może się rozpływać, ale przy marginesie mniejszym niż 8-10 dyn/cm należy spodziewać się ściągania się warstwy, dziurek oraz słabej lub niejednorodnej przyczepności. Energię powierzchniową należy podnieść za pomocą obróbki wstępnej.
Napięcie powierzchniowe cieczy jest wyższe niż energia powierzchniowa tworzywa, więc ciecz zbiera się w krople zamiast się rozpływać – i żaden czas schnięcia, docisk ani zmiana receptury nie zmieni tego rachunku. Najpierw należy przeprowadzić obróbkę wstępną.
Docelowa energia powierzchniowa dla tej cieczy: 42 dyn/cm lub więcej, mierzona w momencie drukowania, powlekania lub klejenia.
Czy Scott ma przeanalizować ten wynik?
Prosimy podać adres e-mail i, jeśli Państwo chcą, kilka słów o detalu. Powyższe wartości zostaną dołączone do wiadomości.
Dziękujemy. Scott otrzymał wiadomość i odpowie e-mailem, zwykle w ciągu jednego dnia roboczego.
Coś poszło nie tak. Proszę napisać bezpośrednio na [email protected] .
Przeliczenie kąta zwilżania na energię powierzchniową (Owens–Wendt)
Roztwory testowe dyne dają odpowiedź „spełnia / nie spełnia”. Kąty zwilżania pokazują, ile wynosi energia powierzchniowa i jaka jej część jest polarna – czyli ta część, którą dodaje obróbka wstępna. Typową parą cieczy są woda i dijodometan: woda dostarcza składowej polarnej, a dijodometan jest praktycznie niepolarny. Kalkulator wykorzystuje model Owensa-Wendta-Rabela-Kaelble’a (OWRK); model należy zapisać wraz z wynikiem.
Wynik · mN/m
Polarność: 2% całości stanowi składowa polarna.
Nieobrabiane poliolefiny są niemal całkowicie dyspersyjne, a ich składowa polarna jest bliska zeru. Obróbka plazmowa, płomieniowa i koronowa wprowadza na powierzchnię grupy polarne – i to one podnoszą składową polarną.
Równanie i dane cieczy używane przez kalkulator
Zapisane dla każdej cieczy daje układ dwóch równań z dwiema niewiadomymi — składową dyspersyjną (γSᵈ) i polarną (γSᵖ) energii powierzchniowej ciała stałego. Ich suma to energia całkowita. Wartości dla cieczy (mN/m):
| Ciecz | Całkowita | Dyspersyjna | Polarna |
|---|---|---|---|
| Woda | 72.8 | 21.8 | 51 |
| Dijodometan (jodek metylenu) | 50.8 | 50.8 | 0 |
| Formamid | 58 | 39 | 19 |
| Glikol etylenowy | 48 | 29 | 19 |
| Glicerol | 63.4 | 37 | 26.4 |
| 1-Bromonaftalen | 44.4 | 44.4 | 0 |
Czy Scott ma przeanalizować ten wynik?
Prosimy podać adres e-mail i, jeśli Państwo chcą, kilka słów o detalu. Powyższe wartości zostaną dołączone do wiadomości.
Dziękujemy. Scott otrzymał wiadomość i odpowie e-mailem, zwykle w ciągu jednego dnia roboczego.
Coś poszło nie tak. Proszę napisać bezpośrednio na [email protected] .
Energia powierzchniowa popularnych tworzyw sztucznych
Typowe energie powierzchniowe nieobrabianych tworzyw sztucznych, zwykle stosowane metody obróbki wstępnej oraz typowy czas, przez jaki efekt obróbki plazmą tlenową lub powietrzną pozostaje użyteczny. Gatunek, wypełniacze, dodatki, środki antyadhezyjne i warunki przechowywania zmieniają te wartości – należy je traktować jako punkt wyjścia do planu badań, a nie jako specyfikację.
| Tworzywo | Energia powierzchniowa bez obróbki dyn/cm = mN/m | Druk / klejenie bez obróbki? | Typowa obróbka wstępna | Czas przydatności obróbki po plazmie powietrznej / O₂ |
|---|---|---|---|---|
| PTFE i fluoropolimery | 18-20 | Nie | Pyrosil® lub niskociśnieniowa plazma zimna | Od minut do godzin |
| Silikon | ok. 24 | Nie | Pyrosil® | Od minut do godzin |
| Polipropylen (PP, OPP, BOPP) | 29-31 | Nie | Obróbka płomieniowa (wypraski), obróbka koronowa (folia), plazma atmosferyczna | Od godzin do kilku dni |
| TPO i olefinowe TPE | 29-31 | Nie | Plazma atmosferyczna lub płomieniowa | Szybko – klejenie w ciągu kilku godzin |
| Polietylen (LDPE, HDPE) | 30-31 | Nie | Obróbka płomieniowa (wypraski), obróbka koronowa (folia), plazma atmosferyczna | Od godzin do kilku dni |
| PBT | ok. 32 | Wymaga obróbki | Plazma atmosferyczna lub niskociśnieniowa plazma zimna | Od dni do tygodni |
| PVC plastyfikowany (miękki) | 33-38 | Na granicy | Plazma, następnie szybki druk lub klejenie | Szybko |
| Polistyren (PS) | 33-38 | Niektóre farby | Obróbka płomieniowa lub plazma | — |
| Acetal (POM) | poniżej 36 | Nie | Niskociśnieniowa plazma zimna | — |
| ABS | 35-42 | Często | Czyszczenie; obróbka płomieniowa lub plazma elektryczna dla powtarzalności | Od jednego do kilku tygodni |
| Akryl (PMMA) | 38-41 † | Często | Czyszczenie; plazma elektryczna (płomień może zmatowić powierzchnie optyczne) | Od jednego do kilku tygodni |
| PPS | ok. 38 | Nie | Plazma atmosferyczna lub niskociśnieniowa plazma zimna; Pyrosil® przy długim czasie między obróbką a klejeniem | Od dni do tygodni |
| PVC sztywny | ok. 39 | Często | Czyszczenie; plazma przy wymagających zadaniach | — |
| Nylon (PA 6, PA 66) | 40-46 | Często (suche detale) | Obróbka koronowa, plazma powietrzna lub atmosferyczna, obróbka płomieniowa, niskociśnieniowa plazma zimna | Od kilku dni do ok. dwóch tygodni |
| Poliimid | ok. 40 | Niektóre systemy | Plazma | — |
| PEEK | 40-44 † | Na granicy | Niskociśnieniowa plazma zimna lub Pyrosil® | Od dni do tygodni |
| Poliester (PET) | 41-44 | Niektóre systemy | Obróbka koronowa (folia), plazma | Od jednego do kilku tygodni |
| Polisulfon (PSU) | ok. 41 | Często | Czyszczenie; plazma | — |
| Poliwęglan (PC) | 42-46 | Często | Czyszczenie; plazma elektryczna (płomień może zmatowić powierzchnie optyczne) | Od jednego do kilku tygodni |
| Modyfikowany PPO | ok. 47 | Często | Czyszczenie; plazma | — |
Jak mierzyć energię powierzchniową
Roztwory i pisaki testowe dyne (ASTM D2578)
Należy zacząć od wysokiego poziomu dyne – 60 – i przeciągnąć ciecz po powierzchni. Jeżeli ciecz nie rozpadnie się na krople w ciągu dwóch sekund, energia powierzchniowa wynosi co najmniej tyle. Jeżeli zbierze się w krople wcześniej, próbę powtarza się z kolejnym, niższym poziomem, aż pasek się utrzyma. Nigdy nie należy powtarzać testu w tym samym miejscu; trzeba zapisać temperaturę i wilgotność, mierzyć w wielu miejscach detalu, a nie w jednym punkcie, oraz wykonać test bezpośrednio po obróbce wstępnej i ponownie w miejscu użycia. Roztwory zachowują przydatność 6-12 miesięcy; pisaki wysychają i tracą dokładność. Roztwory testowe zawierają 2-etoksyetanol i formamid, dlatego należy obchodzić się z nimi ostrożnie – kobiety w ciąży nie powinny wykonywać tego testu.
Kąt zwilżania
Goniometr mierzy kąt, jaki kropla cieczy tworzy z powierzchnią – to metoda właściwa wtedy, gdy wynik liczbowy musi się obronić. Należy stosować stałą objętość kropli rzędu kilku mikrolitrów, mierzyć szybko i wykonać kilka odczytów. Sama woda pozwala szybko sprawdzić skuteczność obróbki:
| Kąt zwilżania wodą | Powierzchnia | Typowa dla |
|---|---|---|
| Poniżej 30° | Dobrze zwilżona, hydrofilowa | Powierzchnia po skutecznej obróbce |
| 30-60° | Umiarkowanie zwilżona | Poliolefina po obróbce lub nieobrabiany polimer polarny |
| 60-90° | Słabo zwilżona | Nieobrabiane konstrukcyjne tworzywo termoplastyczne; na granicy przy klejeniu |
| 90-120° | Niezwilżalna, hydrofobowa | Nieobrabiana poliolefina |
| Powyżej 120° | Silnie hydrofobowa | Fluoropolimer, silikon – lub powierzchnia zanieczyszczona silikonem |
Dobry odczyt to nie wszystko
Obróbka wstępna aktywuje wszystko, co znajduje się na powierzchni, łącznie z zanieczyszczeniami, a roztwór testowy dyne bez problemu „odczyta” aktywowane zanieczyszczenie. Jeżeli poziom dyne jest dobry, a połączenie mimo to zawodzi, przed zwiększeniem intensywności obróbki należy poszukać zanieczyszczeń – krok po kroku prowadzi przez to narzędzie Diagnostyka utraty przyczepności.
Efekt obróbki zanika – należy mierzyć w miejscu użycia
Efekt obróbki plazmowej, płomieniowej i koronowej nie jest trwały: łańcuchy polimeru zmieniają orientację, a dodatki migrują na powierzchnię. Na poliolefinach największy spadek następuje w ciągu pierwszych 24 godzin, a przechowywanie w cieple go przyspiesza. Powyższa tabela podaje typowe okresy przydatności; aby wyznaczyć własne, należy mierzyć detale po obróbce po 0, 1, 4 i 24 godzinach oraz po 3, 7, 14 i 28 dniach w rzeczywistych warunkach przechowywania, a następnie wpisać maksymalny czas od obróbki do klejenia do specyfikacji procesu. Więcej w artykule jak długo utrzymuje się efekt obróbki plazmowej.
Najczęściej zadawane pytania
Jaki poziom dyne jest potrzebny do druku lub klejenia tworzyw sztucznych?
Zasadniczo akceptowalną przyczepność uzyskuje się, gdy energia powierzchniowa tworzywa jest o ok. 8-10 dyn/cm wyższa niż napięcie powierzchniowe farby drukarskiej, powłoki lub kleju. Dla większości farb i klejów na poliolefinach oznacza to 38-44 dyn/cm; farby do druku atramentowego UV wymagają zwykle 42 lub więcej, folię PET poddaje się obróbce do 46-52, a połączenia konstrukcyjne mogą wymagać znacznie więcej – nylon 50-54 dyn/cm, PPS z klejem epoksydowym co najmniej 48-54. Wartość należy potwierdzić próbą z użyciem rzeczywiście stosowanej chemii.
Czy dyn/cm to to samo co mN/m?
Tak. 1 dyn/cm odpowiada 1 mN/m. Poziomy dyne (dyn/cm) to tradycyjna jednostka w drukarstwie i przetwórstwie folii; mN/m to jednostka układu SI stosowana w pomiarach kąta zwilżania.
Jaka jest energia powierzchniowa polipropylenu?
Energia powierzchniowa nieobrabianego polipropylenu wynosi ok. 29-31 dyn/cm (mN/m) i jest niemal całkowicie dyspersyjna. To mniej niż napięcie powierzchniowe niemal każdej farby drukarskiej i kleju, dlatego PP przed drukiem lub klejeniem poddaje się obróbce płomieniowej, koronowej lub plazmowej.
Czy pisaki dyne są tak dokładne jak pomiar kąta zwilżania?
Nie. Roztwory i pisaki dyne to szybkie testy produkcyjne, ale stanowią subiektywną ocenę, czy film utrzymuje się przez dwie sekundy, a pisaki się starzeją. Goniometryczny pomiar kąta zwilżania daje wynik liczbowy, którego można bronić, a przy dwóch cieczach pozwala rozdzielić składową polarną i dyspersyjną energii powierzchniowej.
Jak długo utrzymuje się efekt obróbki plazmowej lub koronowej?
Od minut do tygodni, zależnie od polimeru, jego dodatków i warunków przechowywania. Typowe okresy przydatności po obróbce plazmą tlenową lub powietrzną: silikony i fluoropolimery – od minut do godzin; PP i PE – od godzin do kilku dni; nylon – od kilku dni do ok. dwóch tygodni; ABS, PC, PET i PMMA – od jednego do kilku tygodni. Przechowywanie w cieple i środki poślizgowe skracają te okresy. Efekt obróbki Pyrosil® pozostaje zwykle użyteczny przez tygodnie, a nawet miesiące.
Więcej na ten temat
Powierzchnia nadal nie przyjmuje farby lub kleju?
Scott Sabreen rozwiązuje problemy z przyczepnością tworzyw sztucznych od ponad 30 lat. Wystarczy opisać detal, materiał i proces, a wskaże, gdzie szukać przyczyny.
Więcej bezpłatnych narzędzi: Diagnostyka utraty przyczepności · Tabela znakowania laserowego tworzyw sztucznych · Wszystkie narzędzia inżynierskie