התאוששות הידרופובית

התאוששות הידרופובית

עיקרי הדברים

• משטחים מטופלים אינם נשארים מטופלים. פולימר מטופל חוזר לעבר אנרגיית פני השטח הלא מטופלת שלו מהרגע שהטיפול מסתיים.
• ארבעה מנגנונים מניעים זאת: הסתדרות מחדש של קבוצות קוטביות לתוך החומר, נדידה של שברים מחומצנים, פריחת תוספים וזיהום מהאוויר.
• הדעיכה מהירה ואז איטית. רוב ההפסד מתרחש בשעות עד ימים הראשונים; הרמה הקבועה שאחר כך היא מה שהדיו או הדבק פוגשים.
• החלון הוא פרט במפרט. פוליאולפינים שומרים על רמה מספקת להדפסה לשעות עד ימים, PET, PC ו-ABS לשבועות עד חודשים, וגומי סיליקון לדקות עד שעות.

התאוששות הידרופובית

התאוששות הידרופובית היא אובדן הדרגתי של אנרגיית פני שטח על משטח פולימר שטופל בפלזמה, בקורונה או בלהבה לאחר הטיפול, כאשר הקבוצות הקוטביות שנוצרו בחמצון נקברות, מכוסות או מדוללות והמשטח חוזר אל מצבו המקורי, בעל האנרגיה הנמוכה והדוחה מים. היא מכונה גם דעיכת טיפול או הזדקנות הטיפול, ובגללה רמת דיין שנמדדה במכשיר הטיפול אינה הרמה שהדיו או הדבק יפגשו.

טיפול יכול להעלות פוליאולפין מ-29–31 ל-44–56 dyne/cm. ההתאוששות רק לעיתים נדירות מחזירה אותו עד הסוף; הוא מתייצב ברמה קבועה בין השניים, והרמה הזו מול הרמה הנדרשת בתהליך קובעת את החלון השמיש.

מנגנונים

ארבעה תהליכים פועלים במקביל; איזה מהם שולט תלוי בפולימר, בחבילת התוספים ובאחסון.

קינטיקה וחלונות אופייניים

כשמציירים אנרגיית פני שטח מול לוגריתם הזמן, ההתאוששות היא ירידה תלולה ואחריה רמה קבועה. בפוליפרופילן שטופל בקורונה כמחצית מהעלייה מעל הרמה הלא מטופלת יכולה להיעלם בתוך 24–72 שעות בטמפרטורת החדר, לפני שהעקומה משתטחת, ועשויה להחזיק שבועות. הקצב נגזר מניידות השרשראות: פוליפרופילן (Tg מתחת ל-0 °C), פוליאתילן וסיליקונים גמישים בטמפרטורת החדר ומסתדרים מחדש בחופשיות; PET (Tg כ-70–80 °C), ABS (כ-105 °C) ופוליקרבונט (כ-147 °C) זכוכיתיים וההסתדרות מחדש בהם כמעט קפואה.

מדידת הדעיכה

אפיינו את ההתאוששות על ידי מדידת יכולת ההרטבה בחומר ייצור באחסון ייצור ב-0, 1, 4, 24 ו-72 שעות, ולאחר מכן ב-7, 14 ו-28 ימים.

• נוזלי מתח הרטבה לפי ASTM D2578 נותנים ערך בטווח בצעדים של 2 dyne/cm, מהר מספיק לכל לוח הזמנים.
• זווית מגע בטיפה נייחת (ASTM D5946 לסרט שטופל בקורונה, או גוניומטר עם מים ודיאיודומתאן) נותנת מספר רציף, ובעזרת שני נוזלים מבודדת את הרכיב הקוטבי, שהוא החלק שדועך. עטי דיין מזהים דעיכה אך אינם יכולים למפות אותה.

מדדו שלושה מיקומים בכל דגימה, מכיוון שהטיפול משתנה מהקצה למרכז, ורשמו הגדרות מכשיר טיפול, אצוות שרף, טמפרטורת אחסון ואריזה לצד כל נקודה. מחשבון אנרגיית פני השטח בודק רמת דיין או זוג זוויות מגע מול השוליים שהדיו או הדבק דורשים.

גורמים שמקצרים או מאריכים את החלון

הגדרה ואימות של חלון טיפול

את ההתאוששות אי אפשר לכבות, ולכן התהליך מתוכנן סביבה: טיפול בקו (פריקת קורונה על סרט, פלזמה אטמוספרית או פלזמת להבה על חלקים יצוקים, שניות לפני הדיו או הדבק), חלון טיפול-עד-הדבקה לטיפול באצווה עם מרווח מרבי הנגזר מעקומת הדעיכה, או טיפול חוזר במלאי מזדקן, שהופך את ההסתדרות מחדש אך לא את פריחת התוספים.

המפרט צריך אז לקבוע:

• אנרגיית פני שטח נדרשת בנקודת השימוש, למשל מינימום 42 dyne/cm לפי ASTM D2578 או זווית מגע של מים מתחת ל-60°, ולא במכשיר הטיפול.
• מרווח מרבי בין טיפול להדבקה, שאינו עולה על מחצית הזמן שבו העקומה שנמדדה חוצה את הדרישה הזו.
• מעטפת אחסון: טווח טמפרטורות, אריזה, ללא מגע עם פוליאולפין לא מטופל, קרטון גלי או סיליקון.
• אימות: מדידה אחת למשמרת ולפני שימוש במלאי ישן מ-24 שעות.

כמה זמן נמשך טיפול בפלזמה בפני השטח מיישם זאת על קו חלקים יצוקים; טיפול מקדים בפני השטח מכסה את בחירת השיטה.

איתור ופתרון תקלות

מונחים וקריאה קשורים

• אנרגיית פני שטח
• זווית מגע
• להבת פלזמה Pyrosil
• פלזמת גז קר
• הזדקנות מואצת
• טיפולים מקדימים בפלזמה בפני שטח של פולימרים לשיפור הדבקה והידבקות

יישום בייצור

The Sabreen Group מספקת תמיכה הנדסית עצמאית באישור חלון טיפול מקדים, במדידת עקומת דעיכה ובאיתור ופתרון תקלות הידבקות. אם אתם מגדירים תהליך, מאשרים חומר או מטפלים בבעיית ייצור, צוות שירותי ההנדסה שלנו יכול לסייע. צרו קשר כדי לדון ביישום שלכם.

שאלות נפוצות

באיזו מהירות מתרחשת התאוששות הידרופובית לאחר טיפול בפלזמה או בקורונה?

הכי מהר בשעות הראשונות. בפוליפרופילן שטופל בקורונה כמחצית מהעלייה מעל 29 dyne/cm הלא מטופלים יכולה ללכת לאיבוד בתוך 24–72 שעות, ואז העקומה משתטחת לרמה קבועה שעשויה להחזיק שבועות. גומי סיליקון מתאושש בדקות עד שעות; PET, פוליקרבונט ו-ABS זכוכיתיים לוקחים שבועות עד חודשים.

האם המשטח חוזר לגמרי למצבו הלא מטופל?

בדרך כלל לא. ההסתדרות מחדש קוברת קבוצות קוטביות בלי להסיר אותן, והצלבה מהטיפול מרסנת את המשטח, ולכן רוב הפולימרים מתייצבים מעל הערך הלא מטופל. אם הרמה הקבועה שמישה תלוי בנוזל: 38 dyne/cm על פוליפרופילן מתאימים לחלק מהדיו על בסיס ממס ונכשלים מול דיו על בסיס מים של 42 dyne/cm.

האם אפשר פשוט לטפל שוב במלאי מזדקן?

אם ההסתדרות מחדש היא המנגנון הדומיננטי, כן: טיפול חוזר מסובב את הקבוצות הקוטביות החוצה והמשטח מתנהג כמו מלאי טרי. אם הסיבה היא פריחת תוספים, טיפול חוזר מפעיל את הפריחה ולא את הפולימר והרמה קורסת שוב בתוך שעות. נגבו דגימה אחת בממס לפני הטיפול החוזר; אם רק היא מחזיקה, הפריחה היא הבעיה.

כיצד לכתוב חלון טיפול-עד-הדבקה במפרט?

מדדו את עקומת הדעיכה בחומר ייצור באחסון ייצור, מצאו היכן היא חוצה את הרמה שהדיו או הדבק דורשים, וקבעו את המרווח המרבי כמחצית מהזמן הזה. ציינו את הרמה בנקודת השימוש, את שיטת הבדיקה (ASTM D2578 או זווית מגע של מים), את טמפרטורת האחסון והאריזה, ובדיקת אימות בכל משמרת.

---