Calculadora de energia de superfície e nível de dyne
Verifique se uma tinta, revestimento ou adesivo vai molhar seu plástico, transforme leituras de ângulo de contato em energia de superfície e consulte níveis de dyne típicos de plásticos comuns.
Vai molhar? Substrato vs. tinta, revestimento ou adesivo
Um líquido molha uma superfície somente quando a energia de superfície é maior que a tensão superficial do líquido. A regra prática: obtém-se adesão aceitável quando o plástico está cerca de 8-10 dyn/cm acima da tinta, revestimento ou adesivo. Escolha seu plástico, ou informe um nível de dyne que você mediu, e o que será aplicado sobre ele.
Resultado · dyn/cm
A superfície supera o líquido em pelo menos 8 dyn/cm - a margem de 8-10 dyn/cm com a qual normalmente se obtém adesão aceitável. Confirme com um ensaio usando sua tinta, revestimento ou adesivo real: o molhamento é necessário, mas não suficiente.
O líquido pode se espalhar, mas com uma margem inferior a 8-10 dyn/cm espere retração (crawling), furos de alfinete e adesão fraca ou irregular. Eleve a energia de superfície com pré-tratamento.
A tensão superficial do líquido é maior que a energia de superfície do plástico, então ele forma gotas em vez de se espalhar - e nenhum tempo de secagem, pressão ou reformulação muda essa conta. Faça o pré-tratamento primeiro.
Energia de superfície-alvo para este líquido: 42 dyn/cm ou mais, medida no momento da impressão, do revestimento ou da colagem.
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Ângulo de contato para energia de superfície (Owens–Wendt)
As soluções de dyne indicam aprovado ou reprovado. Os ângulos de contato indicam quanta energia de superfície existe e quanto dela é polar - a parcela que o pré-tratamento acrescenta. Água e di-iodometano são o par habitual: a água fornece a contribuição polar, o di-iodometano é essencialmente apolar. Esta calculadora usa o modelo Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK); registre o modelo junto com seu resultado.
Resultado · mN/m
Polaridade: 2% do total é polar.
Poliolefinas sem tratamento são quase inteiramente dispersivas, com parcela polar próxima de zero. Os tratamentos por plasma, a chama e corona adicionam grupos polares à superfície, e é isso que eleva a parcela polar.
A equação e os dados dos líquidos usados por esta calculadora
Escrita uma vez para cada líquido, ela fornece duas equações com duas incógnitas — as parcelas dispersiva (γSᵈ) e polar (γSᵖ) da energia de superfície do sólido. A soma delas é o total. Valores dos líquidos (mN/m):
| Líquido | Total | Dispersiva | Polar |
|---|---|---|---|
| Água | 72.8 | 21.8 | 51 |
| Di-iodometano (iodeto de metileno) | 50.8 | 50.8 | 0 |
| Formamida | 58 | 39 | 19 |
| Etilenoglicol | 48 | 29 | 19 |
| Glicerol | 63.4 | 37 | 26.4 |
| 1-Bromonaftaleno | 44.4 | 44.4 | 0 |
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Energia de superfície de plásticos comuns
Energias de superfície típicas de plásticos sem tratamento, os pré-tratamentos normalmente usados e por quanto tempo um tratamento por plasma de oxigênio ou de ar costuma permanecer utilizável. Grade, cargas, aditivos, desmoldante e armazenamento alteram esses números - trate-os como ponto de partida para um plano de testes, não como especificação.
| Plástico | Energia de superfície sem tratamento dyn/cm = mN/m | Imprime / cola sem tratamento? | Pré-tratamento usual | Vida útil do tratamento após plasma de ar / O₂ |
|---|---|---|---|---|
| PTFE e fluoropolímeros | 18-20 | Não | Pyrosil® ou plasma frio | De minutos a horas |
| Silicone | cerca de 24 | Não | Pyrosil® | De minutos a horas |
| Polipropileno (PP, OPP, BOPP) | 29-31 | Não | Chama (moldados), corona (filmes), plasma atmosférico | De horas a poucos dias |
| TPO e TPE olefínico | 29-31 | Não | Plasma atmosférico ou plasma de chama | Rápido - cole em poucas horas |
| Polietileno (LDPE, HDPE) | 30-31 | Não | Chama (moldados), corona (filmes), plasma atmosférico | De horas a poucos dias |
| PBT | cerca de 32 | Tratar antes | Plasma atmosférico ou plasma frio | De dias a semanas |
| PVC plastificado (flexível) | 33-38 | Limítrofe | Plasma e, em seguida, colar ou imprimir sem demora | Rápido |
| Poliestireno (PS) | 33-38 | Algumas tintas | Chama ou plasma | — |
| Acetal (POM) | abaixo de 36 | Não | Plasma frio | — |
| ABS | 35-42 | Em geral | Limpeza; chama ou plasma elétrico para consistência | De uma a várias semanas |
| Acrílico (PMMA) | 38-41 † | Em geral | Limpeza; plasma elétrico (a chama pode embaçar superfícies ópticas) | De uma a várias semanas |
| PPS | cerca de 38 | Não | Plasma atmosférico ou plasma frio; Pyrosil® para longos intervalos entre tratamento e colagem | De dias a semanas |
| PVC rígido | cerca de 39 | Em geral | Limpeza; plasma para aplicações exigentes | — |
| Náilon (PA 6, PA 66) | 40-46 | Em geral (peças secas) | Corona, plasma de ar ou atmosférico, chama, plasma frio | De dias a cerca de duas semanas |
| Poli-imida | cerca de 40 | Alguns sistemas | Plasma | — |
| PEEK | 40-44 † | Limítrofe | Plasma frio ou Pyrosil® | De dias a semanas |
| Poliéster (PET) | 41-44 | Alguns sistemas | Corona (filmes), plasma | De uma a várias semanas |
| Polissulfona (PSU) | cerca de 41 | Em geral | Limpeza; plasma | — |
| Policarbonato (PC) | 42-46 | Em geral | Limpeza; plasma elétrico (a chama pode embaçar superfícies ópticas) | De uma a várias semanas |
| PPO modificado | cerca de 47 | Em geral | Limpeza; plasma | — |
Como medir a energia de superfície
Soluções e canetas de dyne (ASTM D2578)
Comece com um nível de dyne alto - 60 - e passe-o sobre a superfície. Se o líquido não se romper em gotas em dois segundos, a energia de superfície é pelo menos esse valor. Se formar gotas antes, repita com o nível imediatamente inferior até que uma faixa se mantenha. Nunca repita o teste no mesmo ponto, registre a temperatura e a umidade, meça em toda a peça e não em um único ponto, e teste imediatamente após o pré-tratamento e novamente no ponto de uso. As soluções duram de 6 a 12 meses; as canetas secam e perdem precisão. As soluções de teste contêm 2-etoxietanol e formamida, portanto manuseie-as com cuidado - gestantes não devem realizar o teste.
Ângulo de contato
Um goniômetro mede o ângulo que uma gota de líquido forma com a superfície - o método a usar quando um número precisa ser defendido. Use um volume de gota constante de alguns microlitros, meça rapidamente e faça várias leituras. Apenas a água já é uma verificação rápida do tratamento:
| Ângulo de contato com água | Superfície | Típico de |
|---|---|---|
| Abaixo de 30° | Bem molhada, hidrofílica | Uma superfície bem tratada |
| 30-60° | Moderadamente molhada | Poliolefina tratada ou polímero polar sem tratamento |
| 60-90° | Mal molhada | Termoplástico de engenharia sem tratamento; limítrofe para colagem |
| 90-120° | Não molhável, hidrofóbica | Poliolefina sem tratamento |
| Acima de 120° | Fortemente hidrofóbica | Fluoropolímero, silicone - ou uma superfície contaminada por silicone |
Uma boa leitura não conta toda a história
O pré-tratamento ativa tudo o que estiver na superfície, inclusive a contaminação, e uma solução de dyne lê sem problema algum um contaminante ativado. Se o nível de dyne estiver bom e a colagem ainda falhar, procure contaminação antes de aumentar o nível de tratamento - o diagnóstico de falhas de adesão conduz você pelo processo.
O tratamento decai - meça no ponto de uso
Os tratamentos por plasma, a chama e corona não são permanentes: as cadeias poliméricas se reorientam e os aditivos migram para a superfície. Em uma poliolefina, a maior parte da perda ocorre nas primeiras 24 horas, e o armazenamento em local quente a acelera. A tabela acima indica intervalos de uso típicos; para definir os seus, meça peças tratadas em 0, 1, 4 e 24 horas e em 3, 7, 14 e 28 dias nas condições reais de armazenamento e, em seguida, registre na especificação do processo um tempo máximo entre tratamento e colagem. Veja quanto tempo dura o tratamento por plasma.
Perguntas frequentes
Qual nível de dyne é necessário para imprimir ou colar plástico?
Como regra, obtém-se adesão aceitável quando a energia de superfície do plástico é cerca de 8-10 dyn/cm maior que a tensão superficial da tinta, do revestimento ou do adesivo. Para a maioria das tintas e adesivos sobre poliolefinas, isso significa 38-44 dyn/cm; tintas de jato de tinta UV normalmente pedem 42 ou mais, o filme de PET é tratado até 46-52 e colagens estruturais podem exigir muito mais - náilon 50-54 dyn/cm, PPS com epóxi pelo menos 48-54. Confirme o valor com um ensaio usando sua química real.
dyn/cm é o mesmo que mN/m?
Sim. 1 dyn/cm equivale a 1 mN/m. Os níveis de dyne (dyn/cm) são a unidade tradicional em impressão e conversão; mN/m é a unidade SI usada em medições de ângulo de contato.
Qual é a energia de superfície do polipropileno?
O polipropileno sem tratamento tem cerca de 29-31 dyn/cm (mN/m), quase inteiramente dispersiva. Isso está abaixo da tensão superficial de quase todas as tintas e adesivos, e é por isso que o PP recebe tratamento a chama, corona ou plasma antes da impressão ou da colagem.
As canetas de dyne são tão precisas quanto a medição do ângulo de contato?
Não. Soluções e canetas de dyne são verificações rápidas de produção, mas são uma leitura subjetiva de se um filme se mantém por dois segundos, e as canetas envelhecem. A goniometria de ângulo de contato fornece um número que você pode defender e, com dois líquidos, separa as parcelas polar e dispersiva da energia de superfície.
Quanto tempo dura o tratamento por plasma ou corona?
De minutos a semanas, dependendo do polímero, de seus aditivos e do armazenamento. Intervalos de uso típicos após plasma de oxigênio ou de ar: silicones e fluoropolímeros, de minutos a horas; PP e PE, de horas a poucos dias; náilon, de dias a cerca de duas semanas; ABS, PC, PET e PMMA, de uma a várias semanas. Armazenamento em local quente e aditivos deslizantes os encurtam. O tratamento Pyrosil® normalmente permanece utilizável por semanas a meses.
Para saber mais
A superfície ainda não aceita tinta ou adesivo?
Scott Sabreen resolve problemas de adesão em plásticos há mais de 30 anos. Descreva a peça, o material e o processo, e ele dirá onde procurar.
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