표면 에너지 및 dyne 레벨 계산기
잉크, 코팅 또는 접착제가 플라스틱을 적실 수 있는지 확인하고, 접촉각 측정값을 표면 에너지로 환산하며, 일반 플라스틱의 대표적인 dyne 레벨을 조회하십시오.
젖음이 일어날까요? 기재 대 잉크, 코팅 또는 접착제
액체는 표면 에너지가 액체의 표면 장력보다 높을 때에만 표면을 적십니다. 실무 규칙: 플라스틱이 잉크, 코팅 또는 접착제보다 약 8-10 dyn/cm 높을 때 양호한 접착이 얻어집니다. 플라스틱을 선택하거나 직접 측정한 dyne 레벨을 입력한 다음, 그 위에 올릴 재료를 선택하십시오.
결과 · dyn/cm
표면 에너지가 액체보다 최소 8 dyn/cm 높습니다. 이는 일반적으로 양호한 접착이 얻어지는 8-10 dyn/cm 여유치에 해당합니다. 실제 사용하는 잉크, 코팅 또는 접착제로 시험하여 확인하십시오. 젖음은 필요조건일 뿐 충분조건은 아닙니다.
액체가 퍼질 수는 있지만 여유치가 8-10 dyn/cm 미만이면 크롤링, 핀홀, 약하거나 불균일한 접착이 예상됩니다. 전처리로 표면 에너지를 높이십시오.
액체의 표면 장력이 플라스틱의 표면 에너지보다 높아 퍼지지 않고 방울로 맺힙니다. 건조 시간, 압력, 배합 변경 중 어느 것도 이 산술을 바꾸지 못합니다. 먼저 전처리하십시오.
이 액체의 목표 표면 에너지는 인쇄, 코팅 또는 접착 시점에 측정하여 42 dyn/cm 이상입니다.
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접촉각으로 표면 에너지 계산(Owens–Wendt)
dyne 용액은 합격 또는 불합격만 알려 줍니다. 접촉각은 표면 에너지가 얼마나 되는지, 그리고 그중 전처리로 더해지는 극성 성분이 얼마인지 알려 줍니다. 일반적으로 물과 다이아이오도메테인을 짝지어 사용합니다. 물은 극성 기여분을 제공하고, 다이아이오도메테인은 사실상 비극성입니다. 이 계산기는 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble(OWRK) 모델을 사용하므로, 결과와 함께 모델명을 기록하십시오.
결과 · mN/m
극성도: 전체의 2%가 극성 성분입니다.
미처리 폴리올레핀은 거의 전적으로 분산 성분으로 이루어져 있으며 극성 성분은 0에 가깝습니다. 플라즈마, 화염, 코로나 처리는 표면에 극성기를 부가하며, 이것이 극성 성분을 높이는 원리입니다.
이 계산기가 사용하는 식과 액체 데이터
각 액체마다 한 번씩 적용하면 미지수 두 개에 대한 연립방정식 두 개가 됩니다. 미지수는 고체 표면 에너지의 분산 성분(γSᵈ)과 극성 성분(γSᵖ)이며, 둘의 합이 전체 표면 에너지입니다. 액체 값(mN/m):
| 액체 | 전체 | 분산 | 극성 |
|---|---|---|---|
| 물 | 72.8 | 21.8 | 51 |
| 다이아이오도메테인(요오드화 메틸렌) | 50.8 | 50.8 | 0 |
| 폼아마이드 | 58 | 39 | 19 |
| 에틸렌 글라이콜 | 48 | 29 | 19 |
| 글리세롤 | 63.4 | 37 | 26.4 |
| 1-브로모나프탈렌 | 44.4 | 44.4 | 0 |
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일반 플라스틱의 표면 에너지
미처리 플라스틱의 대표적인 표면 에너지, 일반적으로 사용하는 전처리 방법, 그리고 산소 또는 공기 플라즈마 처리 효과가 대개 얼마나 유지되는지를 정리했습니다. 등급, 충전재, 첨가제, 이형제, 보관 조건에 따라 이 수치는 모두 달라집니다. 사양이 아니라 시험 계획의 출발점으로 활용하십시오.
| 플라스틱 | 미처리 표면 에너지 dyn/cm = mN/m | 미처리 상태 인쇄/접착 가능 여부 | 일반적인 전처리 | 처리 효과 유지 기간 공기/O₂ 플라즈마 처리 후 |
|---|---|---|---|---|
| PTFE 및 불소수지 | 18-20 | 불가 | Pyrosil® 또는 저온 가스 플라즈마 | 수 분~수 시간 |
| 실리콘 | 약 24 | 불가 | Pyrosil® | 수 분~수 시간 |
| 폴리프로필렌(PP, OPP, BOPP) | 29-31 | 불가 | 화염 처리(성형품), 코로나 처리(필름), 대기압 플라즈마 | 수 시간~수 일 |
| TPO 및 올레핀계 TPE | 29-31 | 불가 | 대기압 또는 화염 플라즈마 | 빠름 - 수 시간 내 접착 |
| 폴리에틸렌(LDPE, HDPE) | 30-31 | 불가 | 화염 처리(성형품), 코로나 처리(필름), 대기압 플라즈마 | 수 시간~수 일 |
| PBT | 약 32 | 먼저 처리 필요 | 대기압 또는 저온 가스 플라즈마 | 수 일~수 주 |
| PVC, 가소화(연질) | 33-38 | 경계 수준 | 플라즈마 처리 후 신속히 접착 또는 인쇄 | 빠름 |
| 폴리스티렌(PS) | 33-38 | 일부 잉크 | 화염 또는 플라즈마 | — |
| 아세탈(POM) | 36 미만 | 불가 | 저온 가스 플라즈마 | — |
| ABS | 35-42 | 대체로 가능 | 세정, 일관성을 위해 화염 또는 전기식 플라즈마 | 1주~수 주 |
| 아크릴(PMMA) | 38-41 † | 대체로 가능 | 세정, 전기식 플라즈마(화염은 광학면을 흐리게 할 수 있음) | 1주~수 주 |
| PPS | 약 38 | 불가 | 대기압 또는 저온 가스 플라즈마, 처리부터 접착까지의 간격이 긴 경우 Pyrosil® | 수 일~수 주 |
| PVC, 경질 | 약 39 | 대체로 가능 | 세정, 까다로운 작업에는 플라즈마 | — |
| 나일론(PA 6, PA 66) | 40-46 | 대체로 가능(건조 부품) | 코로나, 공기 또는 대기압 플라즈마, 화염, 저온 가스 플라즈마 | 수 일~약 2주 |
| 폴리이미드 | 약 40 | 일부 시스템 | 플라즈마 | — |
| PEEK | 40-44 † | 경계 수준 | 저온 가스 플라즈마 또는 Pyrosil® | 수 일~수 주 |
| 폴리에스터(PET) | 41-44 | 일부 시스템 | 코로나(필름), 플라즈마 | 1주~수 주 |
| 폴리설폰(PSU) | 약 41 | 대체로 가능 | 세정, 플라즈마 | — |
| 폴리카보네이트(PC) | 42-46 | 대체로 가능 | 세정, 전기식 플라즈마(화염은 광학면을 흐리게 할 수 있음) | 1주~수 주 |
| 변성 PPO | 약 47 | 대체로 가능 | 세정, 플라즈마 | — |
표면 에너지 측정 방법
dyne 용액과 dyne 펜(ASTM D2578)
높은 dyne 레벨(60)부터 시작하여 표면에 그어 봅니다. 액체가 2초 이내에 방울로 갈라지지 않으면 표면 에너지는 최소한 그 값 이상입니다. 그보다 빨리 방울이 맺히면 줄무늬가 유지될 때까지 한 단계 낮은 레벨로 반복합니다. 같은 지점을 다시 시험하지 말고, 온도와 습도를 기록하며, 한 지점이 아니라 부품 전체에 걸쳐 측정하고, 전처리 직후와 실제 사용 시점에 각각 시험하십시오. 용액은 6-12개월 보관할 수 있지만, 펜은 마르면서 값이 변합니다. 시험 용액에는 2-에톡시에탄올과 폼아마이드가 들어 있으므로 주의해서 취급해야 하며, 임신한 작업자는 이 시험을 수행해서는 안 됩니다.
접촉각
고니오미터는 액체 방울이 표면과 이루는 각도를 측정합니다. 수치의 근거를 제시해야 할 때 사용해야 하는 방법입니다. 수 마이크로리터의 일정한 액적 부피를 사용하고, 신속하게 측정하며, 여러 번 측정하십시오. 물만으로도 처리 상태를 빠르게 확인할 수 있습니다.
| 물 접촉각 | 표면 상태 | 대표 사례 |
|---|---|---|
| 30° 미만 | 젖음 양호, 친수성 | 충분히 처리된 표면 |
| 30-60° | 중간 정도 젖음 | 처리된 폴리올레핀 또는 미처리 극성 폴리머 |
| 60-90° | 젖음 불량 | 미처리 엔지니어링 열가소성 플라스틱, 접착에는 경계 수준 |
| 90-120° | 젖지 않음, 소수성 | 미처리 폴리올레핀 |
| 120° 초과 | 강한 소수성 | 불소수지, 실리콘 - 또는 실리콘으로 오염된 표면 |
측정값이 좋다고 해서 전부는 아닙니다
전처리는 오염 물질을 포함해 표면에 있는 모든 것을 활성화하며, dyne 용액은 활성화된 오염 물질에서도 아무 문제 없이 양호한 값을 나타냅니다. dyne 레벨이 양호한데도 접착이 실패한다면, 처리 강도를 높이기 전에 오염부터 찾으십시오. 접착 결함 진단 도구에서 단계별로 확인할 수 있습니다.
처리 효과는 감소합니다 - 실제 사용 시점에 측정하십시오
플라즈마, 화염, 코로나 처리는 영구적이지 않습니다. 폴리머 사슬이 재배향되고 첨가제가 표면으로 이행하기 때문입니다. 폴리올레핀에서는 감소의 대부분이 처음 24시간 안에 일어나며, 따뜻한 곳에 보관하면 더 빨라집니다. 위 표는 일반적인 사용 가능 기간을 보여 줍니다. 자체 기준을 정하려면 처리된 부품을 실제 보관 조건에서 0, 1, 4, 24시간 및 3, 7, 14, 28일에 측정한 후, 처리부터 접착까지의 최대 허용 시간을 공정 사양에 명시하십시오. 플라즈마 처리 효과의 지속 기간을 참조하십시오.
자주 묻는 질문
플라스틱 인쇄나 접착에는 어느 정도의 dyne 레벨이 필요합니까?
일반적으로 플라스틱의 표면 에너지가 잉크, 코팅 또는 접착제의 표면 장력보다 약 8-10 dyn/cm 높을 때 양호한 접착이 얻어집니다. 폴리올레핀에 사용하는 대부분의 잉크와 접착제라면 38-44 dyn/cm를 뜻합니다. UV 잉크젯 잉크는 대개 42 이상이 필요하고, PET 필름은 46-52까지 처리하며, 구조용 접착에는 훨씬 높은 값이 필요할 수 있습니다. 나일론은 50-54 dyn/cm, 에폭시를 사용하는 PPS는 최소 48-54가 필요합니다. 실제 사용하는 화학 제품으로 시험하여 수치를 확인하십시오.
dyn/cm와 mN/m는 같은 단위입니까?
그렇습니다. 1 dyn/cm는 1 mN/m와 같습니다. dyne 레벨(dyn/cm)은 인쇄 및 컨버팅 분야의 전통적인 단위이며, mN/m는 접촉각 측정에 사용하는 SI 단위입니다.
폴리프로필렌의 표면 에너지는 얼마입니까?
미처리 폴리프로필렌은 약 29-31 dyn/cm(mN/m)이며, 거의 전적으로 분산 성분입니다. 이는 거의 모든 잉크와 접착제의 표면 장력보다 낮기 때문에, PP는 인쇄나 접착 전에 화염, 코로나 또는 플라즈마 처리를 합니다.
dyne 펜은 접촉각 측정만큼 정확합니까?
아닙니다. dyne 용액과 dyne 펜은 빠른 생산 현장 점검 수단이지만, 액막이 2초간 유지되는지를 주관적으로 판단하는 방식이며 펜은 시간이 지나면 열화됩니다. 접촉각 고니오메트리는 근거로 제시할 수 있는 수치를 주며, 두 가지 액체를 사용하면 표면 에너지의 극성 성분과 분산 성분을 분리할 수 있습니다.
플라즈마 처리나 코로나 처리의 효과는 얼마나 지속됩니까?
폴리머, 첨가제, 보관 조건에 따라 수 분에서 수 주까지 다양합니다. 산소 또는 공기 플라즈마 처리 후의 일반적인 사용 가능 기간은 실리콘과 불소수지가 수 분~수 시간, PP와 PE가 수 시간~수 일, 나일론이 수 일~약 2주, ABS, PC, PET, PMMA가 1주~수 주입니다. 따뜻한 보관 환경과 슬립 첨가제는 이 기간을 단축시킵니다. Pyrosil® 처리는 대개 수 주에서 수 개월간 효과가 유지됩니다.
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아직도 표면에 잉크나 접착제가 붙지 않습니까?
Scott Sabreen은 30년 넘게 플라스틱의 접착 문제를 해결해 왔습니다. 부품, 소재, 공정을 설명해 주시면 어디를 살펴봐야 하는지 알려 드립니다.
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