접촉각

접촉각

핵심 요약

• 액적이 표면과 이루는 각도는 젖음성을 직접적으로 정량화한 척도입니다.
• 각도가 작으면 젖음이 좋다는 뜻입니다. 약 30° 미만이면 잘 젖은 것이고, 90°를 넘으면 사실상 젖지 않는 표면입니다.
• 여러 시험 액체를 사용하면 극성 성분과 분산 성분을 분리할 수 있으며, 표면이 접착되지 않는 이유를 알려 주는 것이 바로 이것입니다.
• dyne 펜 결과에 이의가 제기될 수 있는 상황에서 방어 가능한 방법입니다.

접촉각

접촉각은 액체 액적이 고체 표면과 만나는 지점에서 액체를 통해 측정한 각도로, 해당 액체가 그 고체를 얼마나 잘 적시는지를 직접 정량적으로 나타냅니다. 플라스틱에서는 표면 에너지와 전처리의 효과를 평가하는 기준 방법입니다.

각도는 액적을 구형으로 끌어당기는 액체의 응집력과, 액적을 납작하게 끌어당기는 액체와 고체 사이의 접착력 사이의 균형으로 결정됩니다. 접착력이 우세하면 액적이 퍼져 각도가 작고, 응집력이 우세하면 액적이 방울져 각도가 큽니다.

수치 해석

물은 극성이므로, 처리되었어야 할 부품에서 물 접촉각이 크면 전처리 실패 또는 실리콘 오염을 가장 빠르게 알려 주는 지표 중 하나입니다.

측정 방법

표준 실험실 기법은 정적 액적법(세실 드롭)으로, 정해진 부피의 액적을 표면에 올려 측면에서 촬영하고 3상 접촉선에서 각도를 측정합니다. 결과가 의미를 갖는지를 결정하는 요점은 다음과 같습니다.

• 액적 부피는 일관되어야 하며 보통 몇 마이크로리터입니다. 더 큰 액적은 자체 무게로 납작해져 낮게 측정됩니다.
• 빠르게 측정하십시오. 일부 표면에서는 증발과 느린 퍼짐 모두 몇 초 안에 각도를 바꾸므로 시간 기준이 중요하며 이를 명시해야 합니다.
• 여러 지점을 측정하십시오. 표면 처리, 질감, 오염은 부품 전체에서 달라지며, 액적 하나는 일화에 불과합니다.
• 표면 거칠기는 효과를 증폭시킵니다. 거친 표면은 기저 화학이 하는 일을 증폭시켜, 젖는 표면은 더 잘 젖고 젖지 않는 표면은 더 강하게 밀어냅니다. 질감이 같은 것끼리 비교하십시오.
• 전진각과 후퇴각은 다릅니다. 둘 사이의 차이인 이력 현상(히스테리시스) 자체가 유용한 정보이며, 불균일성이나 오염을 시사하는 경우가 많습니다.

극성 성분과 분산 성분의 분리

한 가지 액체로 측정하면 젖음성을 알 수 있습니다. 극성이 알려져 있고 서로 다른 두 가지 이상의 액체로 측정하면 표면 에너지를 극성 성분과 분산 성분으로 분해할 수 있으며, 여기에 진단 가치가 있습니다.

• 분산 성분은 반데르발스 힘에서 나오며 모든 표면에 존재합니다.
• 극성 성분은 전처리로 접목되는 산소 함유 작용기에서 나옵니다. 폴리머를 처리하면 상승하고 처리 효과가 감소하면서 다시 하락하는 부분입니다.
• 중요한 이유: 극성 상호작용에 의존하는 접착제는 특히 극성 성분이 필요하므로, 총 표면 에너지가 같은 두 표면 중 하나는 잘 접착되고 다른 하나는 그렇지 않을 수 있습니다. 총합 수치만으로는 이를 가릴 수 있습니다.

물과 디요오도메탄이 흔히 쓰이는 조합이며, 물은 극성 기여분을, 디요오도메탄은 본질적으로 비극성입니다. 여러 계산 모델이 있으므로 사용한 모델을 결과와 함께 기록해야 합니다.

접촉각과 dyne 시험의 비교

이 둘은 경쟁 관계가 아니라 상호 보완 관계입니다. 대부분의 공장에서 실용적인 방식은 접촉각으로 요구 사항을 정립하고 쟁점을 해결하며, ASTM D2578에 따른 젖음 장력 용액으로 이에 맞춰 일상적으로 모니터링하는 것입니다.

접촉각 결과 문제 해결

관련 용어 및 참고 자료

• ASTM D3359 테이프 시험
• 표면 에너지
• 플라스틱 접착 문제 해결의 과학
• 코팅 및 잉크의 접착력과 내마모 내구성 측정
• 폴리머 표면 전처리 방법

생산 현장에 적용하기

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자주 묻는 질문

접착 준비가 된 표면은 접촉각이 어느 정도입니까?

대략적인 기준으로 물 접촉각이 약 60° 미만이면 적절한 젖음성을, 30° 미만이면 잘 처리된 표면을 나타내며, 90°를 넘으면 사실상 젖지 않는 표면입니다. 그러나 의미 있는 기준은 사용하는 특정 접착제나 잉크에 대해 정립한 값이며, 일반적인 각도 목표는 일반적인 dyne 목표만큼이나 신뢰할 수 없습니다.

접촉각은 dyne 펜 시험과 어떻게 다릅니까?

접촉각은 액적 이미지로부터 장비로 측정하여 연속적인 정량 값을 제공하는 반면, dyne 펜은 작업자가 잉크 막이 약 2초 동안 유지되는지 판단하는 방식으로 범위 형태의 합격/불합격을 제공합니다. 또한 접촉각은 dyne 시험이 할 수 없는 극성 및 분산 표면 에너지 성분의 분리도 가능합니다. 일상적인 모니터링에는 dyne 용액을, 수치를 입증해야 할 때는 접촉각을 사용하십시오.

왜 시험 액체를 두 가지 이상 사용해 측정합니까?

표면 에너지의 극성 성분과 분산 성분을 분리하기 때문입니다. 극성 상호작용에 의존하는 접착제는 특히 극성 성분이 필요하므로, 총 에너지가 같아 보이는 두 표면 중 하나만 잘 접착될 수 있습니다. 전처리는 특히 극성 성분을 높이므로 이를 추적하면 실제로 처리된 표면과 겉보기 수치만 허용 범위인 표면을 구별할 수 있습니다.

표면 거칠기가 측정값에 영향을 줍니까?

상당히 줍니다. 거칠기는 기저 화학을 증폭시켜 젖는 표면은 더 잘 젖고 젖지 않는 표면은 더 강하게 밀어내므로, 화학 조성이 같아도 질감이 있는 부품과 연마된 부품의 각도는 다릅니다. 같은 조건끼리 비교하고, 매끄러운 시편에서 얻은 기준을 질감이 있는 양산 표면에 적용할 때는 주의하십시오.

처리한 부품에서 각도가 예상 밖으로 높은 원인은 무엇입니까?

대개 처리 실패 또는 실리콘 오염이며, 패턴으로 구별할 수 있습니다. 처리 실패는 부품 전체나 작업 배치에 영향을 주는 경향이 있고, 오염은 얼룩덜룩하게 나타나는 경우가 많습니다. 물은 극성이므로 물의 접촉각은 처리가 추가하고 실리콘이 가리는 바로 그 작용기에 민감하며, 따라서 물방울은 가장 빠른 진단 점검 방법 중 하나입니다.

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