เฟลมพลาสมา

เฟลมพลาสมา

ประเด็นสำคัญ

• เปลวไฟเปิดจากแก๊สผสมอากาศหรือแก๊สผสมออกซิเจนออกซิไดซ์และกระตุ้นพื้นผิวด้วยความร้อน พร้อมกำจัดสิ่งปนเปื้อนไปด้วย
• การสัมผัสวัดเป็นเสี้ยววินาที ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ใช้งานแบบอินไลน์ได้
• จัดการพลาสติกที่เฉื่อยทางเคมีและมีพลังงานพื้นผิวต่ำมากได้ ซึ่งวิธีอื่นทำได้ยาก
• ไม่เหมาะกับชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อนหรือบาง ซึ่งอาจบิดงอหรือเสื่อมสภาพภายใต้เปลวไฟเปิด

เฟลมพลาสมา

การปรับสภาพด้วยเฟลมพลาสมากระตุ้นพื้นผิวพอลิเมอร์โดยผ่านบริเวณออกซิไดซ์ของเปลวไฟอากาศ–แก๊สที่ควบคุมอย่างแม่นยำอย่างรวดเร็ว เพื่อเพิ่มพลังงานพื้นผิวให้กาว หมึก และสารเคลือบเปียกและยึดติดได้ แม้จะใช้เปลวไฟเปิด กระบวนการนี้ไม่ได้มุ่งใช้ความร้อน การสัมผัสกินเวลาเป็นมิลลิวินาที เนื้อชิ้นงานไม่เคยเข้าใกล้อุณหภูมิบิดเบี้ยวจากความร้อน และเคมีของเปลวไฟ ไม่ใช่ความร้อน เป็นสิ่งที่ทำงาน

เป็นการปรับสภาพหลักสำหรับชิ้นส่วนพอลิโอเลฟินสามมิติปริมาณสูง ได้แก่ แผ่นหน้ากันชนรถยนต์ ถังเชื้อเพลิง ภาชนะ และฝา

เคมีของเปลวไฟ

อากาศผสมล่วงหน้ากับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน คือแก๊สธรรมชาติหรือโพรเพน ถูกเผาที่หัวเผาแบบริบบิ้น ในโซนออกซิไดซ์ถัดจากกรวยสีน้ำเงินที่มองเห็น เปลวไฟอุดมด้วยออกซิเจนอะตอม อนุมูลไฮดรอกซิล และสปีชีส์ที่ถูกกระตุ้นอื่นๆ ซึ่งดึงไฮโดรเจนออกจากสายโซ่พอลิเมอร์และต่อหมู่ฟังก์ชันมีขั้วที่มีออกซิเจนเข้าไปแทน พอลิโพรพิลีนเปลี่ยนจากราว 29–31 mN/m เป็นสูงกว่า 40 dyne/cm มากในรอบเดียว

อัตราส่วนอากาศต่อแก๊สเป็นตัวแปรสำคัญ และเป็นตัวแปรที่ตั้งผิดบ่อยที่สุด ส่วนผสมต้องเป็นแบบจางเล็กน้อย คืออากาศส่วนเกิน เพื่อให้ได้เคมีของเปลวไฟแบบออกซิไดซ์ที่กระตุ้นพื้นผิว เปลวไฟแบบเข้มข้นสะสมคาร์บอนและอาจปนเปื้อนชิ้นงานได้จริง ควรวัดและเฝ้าติดตามอัตราส่วนนี้ ไม่ใช่ปรับด้วยสายตา

ตัวแปรกระบวนการ

เหตุใดจึงเลือกเปลวไฟ

• อัตราการผลิตและต้นทุน บนชิ้นส่วนขนาดใหญ่ปริมาณสูง เป็นต้นทุนต่อหน่วยต่ำที่สุดในบรรดาการปรับสภาพที่ได้ผลทั้งหมด
• ส่วนที่หนาและมีโครงร่างโค้ง จัดการรูปทรงสามมิติขนาดใหญ่ที่เครื่องปรับสภาพด้วยโคโรนาแบบเว็บไม่สามารถรองรับได้เลย
• เสื่อมช้ากว่าโคโรนา พื้นผิวพอลิโอเลฟินที่ปรับสภาพด้วยเปลวไฟมักคงการกระตุ้นได้นานกว่าฟิล์มที่ปรับสภาพด้วยโคโรนา แม้ผลยังเสื่อมและการยึดติดโดยเร็วยังเป็นแนวปฏิบัติที่ดีที่สุด
• แข็งแรงและเป็นที่เข้าใจดี ฮาร์ดแวร์หัวเผามีความสมบูรณ์ ซ่อมบำรุงได้ และผสานเข้ากับระบบได้ตรงไปตรงมา

ข้อจำกัดชัดเจนไม่แพ้กัน เปลวไฟเปิดต้องมีมาตรการป้องกันของสถานที่และการควบคุมการเผาไหม้ที่เหมาะสม แนวสายตาหมายความว่าส่วนเว้าและพื้นผิวด้านในไม่ได้รับการปรับสภาพ และชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อนหรือผนังบางอาจทนกระบวนการนี้ไม่ได้เลย ในกรณีที่ข้อจำกัดเหล่านี้มีผล ทางเลือกปกติคือพลาสมาความดันบรรยากาศหรือพลาสมาแก๊สเย็น และสำหรับวัสดุรองรับที่ยากที่สุด Pyrosil เฟลมพลาสมาสะสมชั้นซิลิเกตแทนที่จะพึ่งการกระตุ้น

การตรวจสอบ

ยืนยันการปรับสภาพด้วยสารละลายแรงตึงผิวตาม ASTM D2578 หรือการวัดมุมสัมผัส โดยสุ่มตรวจหลายตำแหน่งบนชิ้นงานแทนที่จะเพียงจุดเดียว ความสม่ำเสมอบนชิ้นงานที่มีโครงร่างโค้งเป็นจุดอ่อนปกติ เพราะระยะจากเปลวไฟถึงพื้นผิวย่อมเปลี่ยนไปตามรูปทรง

สิ่งที่คาดได้ตามวัสดุรองรับ

การปรับสภาพด้วยเปลวไฟเพิ่มพลังงานพื้นผิวบนพอลิเมอร์พลังงานต่ำส่วนใหญ่ แต่ระดับที่ทำได้และความทนความร้อนต่างกันมากพอที่จะเปลี่ยนวิธีตั้งสถานี

การแก้ปัญหาการปรับสภาพด้วยเปลวไฟ

ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและการติดตั้ง

การปรับสภาพด้วยเปลวไฟเป็นการปรับสภาพทั่วไปเพียงวิธีเดียวที่นำเปลวไฟเปิดและแหล่งจ่ายแก๊สเชื้อเพลิงเข้ามาในเซลล์ผลิต จึงอยู่ภายใต้ภาระหน้าที่ชุดที่ต่างจากวิธีทางไฟฟ้า

• การเฝ้าระวังเปลวไฟและการตัดแก๊สอัตโนมัติเป็นอินเทอร์ล็อกความปลอดภัยหลัก เมื่อเปลวไฟดับต้องปิดวาล์วแก๊สทันที มิฉะนั้นเชื้อเพลิงที่ไม่ไหม้จะสะสมในตู้ครอบ
• ไล่แก๊สก่อนจุดไฟ ลำดับต้องไล่แก๊สที่สะสมออกจากตู้ครอบก่อนพยายามจุด และต้องล็อกเอาต์หลังพยายามจุดไม่สำเร็จ แทนที่จะลองซ้ำไม่จำกัด
• การดูดผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ เปลวไฟใช้ออกซิเจนและผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ ไอน้ำ และผลพลอยได้จากการเผาไหม้ในพื้นที่ที่มีคนทำงาน
• ควบคุมอัตราส่วนอากาศต่อแก๊ส ไม่ใช่เพียงตั้งค่า เนื่องจากอัตราส่วนกำหนดทั้งคุณภาพการปรับสภาพและความปลอดภัย จึงควรอยู่บนแหล่งจ่ายที่ควบคุมและเฝ้าติดตาม แทนที่จะเป็นวาล์วที่ตั้งด้วยมือซึ่งเลื่อนคลาดได้
• พื้นผิวร้อนและความร้อนแผ่รังสีรอบหัวเผา ต้องมีการป้องกันและพิจารณาสภาพแวดล้อมของผู้ปฏิบัติงาน
• การยอมรับของสถานที่ บางโรงงานและบางบริษัทประกันไม่ยอมรับกระบวนการเปลวไฟเปิดเลย ซึ่งมักเป็นปัจจัยตัดสินให้เลือกพลาสมาอากาศจากการปล่อยประจุไฟฟ้า ทั้งที่เปลวไฟเหมาะสมในทางเทคนิค

ศัพท์และเอกสารที่เกี่ยวข้อง

• บริการปรับสภาพด้วยเฟลมพลาสมา
• การปรับเปลี่ยนพื้นผิวพอลิเมอร์ด้วยเฟลมพลาสมาเพื่อการยึดติด
• การเตรียมพลาสติกสำหรับการพ่นสี
• การเคลือบของเหลวอุตสาหกรรมสำหรับผลิตภัณฑ์พอลิโอเลฟิน

การประยุกต์ใช้ในการผลิต

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการออกแบบกระบวนการปรับสภาพด้วยเปลวไฟ การตั้งค่าหัวเผา และการเพิ่มประสิทธิภาพอัตราส่วนอากาศต่อแก๊ส ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

การปรับสภาพด้วยเฟลมพลาสมาคืออะไร

กระบวนการกระตุ้นพื้นผิวด้วยอุณหภูมิสูงที่ใช้เปลวไฟเปิดที่ควบคุม โดยทั่วไปเป็นโพรเพน บิวเทน หรือแก๊สธรรมชาติผสมอากาศหรือออกซิเจน เพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของพื้นผิว ออกซิไดซ์และกระตุ้นวัสดุด้วยความร้อน เพิ่มพลังงานพื้นผิว

ใช้กับพลาสติกชนิดใด

พอลิเมอร์ที่ยึดติดยาก โดยทั่วไปคือพอลิโพรพิลีน พอลิเอทิลีน PET และ ABS เตรียมพื้นผิวสำหรับการยึดติดด้วยกาวในชุดประกอบยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า และงานก่อสร้าง และก่อนการพิมพ์

เปลวไฟเทียบกับการปรับสภาพด้วยโคโรนาอย่างไร

เปลวไฟร้อนกว่าและรุนแรงกว่า จึงเหมาะกับพลาสติกหนาหรือปรับสภาพยาก โคโรนาเหมาะกับฟิล์มบางและวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิมากกว่า เปลวไฟยังให้อายุการเก็บหลังปรับสภาพยาวกว่าบนพอลิโอเลฟิน เนื่องจากความลึกของการปรับสภาพตื้นกว่า

เปลวไฟเทียบกับพลาสมาความดันบรรยากาศอย่างไร

พลาสมาความดันบรรยากาศควบคุมเคมีได้ละเอียดกว่าและนุ่มนวลกว่า ขณะที่เปลวไฟให้กำลังกระตุ้นสูงกว่าบนวัสดุรองรับเฉื่อยที่มีพลังงานพื้นผิวต่ำมาก และทำความสะอาดสิ่งปนเปื้อนไปพร้อมกัน

ข้อจำกัดของการปรับสภาพด้วยเปลวไฟคืออะไร

ความเครียดจากความร้อนทำให้ใช้ไม่ได้กับวัสดุที่ไวต่อความร้อนหรือบาง ซึ่งอาจบิดงอหรือเสื่อมสภาพ ต้องมีการระบายอากาศ แผ่นกันเปลวไฟ และระเบียบปฏิบัติด้านความปลอดภัยที่เหมาะสม ความสม่ำเสมอของพื้นผิวยังขึ้นกับการวางหัวฉีดที่แม่นยำและการจัดการชิ้นงานที่สม่ำเสมอ

เปลวไฟควรเข้มข้นหรือจาง

จางเล็กน้อย ให้เปลวไฟแบบออกซิไดซ์ เปลวไฟเข้มข้นสะสมเขม่าบนพื้นผิว ปนเปื้อนบริเวณที่กำลังเตรียมพอดี และความล้มเหลวของการยึดติดที่เกิดขึ้นมักถูกวินิจฉัยผิดว่าเป็นการปรับสภาพไม่พอ เนื่องจากอัตราส่วนอากาศต่อแก๊สกำหนดทั้งคุณภาพการปรับสภาพและความปลอดภัย จึงควรอยู่บนแหล่งจ่ายที่ควบคุมและเฝ้าติดตาม ไม่ใช่วาล์วที่ตั้งด้วยมือ

ใช้การปรับสภาพด้วยเปลวไฟกับชิ้นส่วนผนังบางได้หรือไม่

โดยทั่วไปไม่ได้ ส่วนบางมีมวลความร้อนน้อยเกินไป จึงถึงอุณหภูมิอ่อนตัวก่อนที่พื้นผิวจะถูกปรับสภาพอย่างเพียงพอ ปรากฏเป็นการเปลี่ยนความมันเงา การบิดเบี้ยว หรือรอยยุบ ฟิล์มบางควรใช้การปรับสภาพด้วยโคโรนา และชิ้นส่วนขึ้นรูปผนังบางควรใช้พลาสมาความดันบรรยากาศ ซึ่งทั้งสองให้การกระตุ้นโดยไม่มีภาระความร้อน

สถานีปรับสภาพด้วยเปลวไฟต้องมีระบบความปลอดภัยอะไรบ้าง

การเฝ้าระวังเปลวไฟพร้อมตัดแก๊สอัตโนมัติเมื่อเปลวไฟดับ รอบการไล่แก๊สก่อนจุดไฟที่ล็อกเอาต์หลังพยายามจุดไม่สำเร็จแทนที่จะลองซ้ำ ระบบดูดผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ แหล่งจ่ายอากาศต่อแก๊สที่ควบคุม และการป้องกันพื้นผิวร้อน บางโรงงานและบริษัทประกันปฏิเสธกระบวนการเปลวไฟเปิดโดยสิ้นเชิง ซึ่งมักเป็นตัวตัดสินให้เลือกวิธีทางไฟฟ้า

---

คำถามที่พบบ่อย

การปรับสภาพด้วยเปลวไฟเปลี่ยนพื้นผิวพลาสติกอย่างไร

การเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนอย่างมีการควบคุมสร้างเฟลมพลาสมา ซึ่งออกซิไดซ์พื้นผิวพอลิเมอร์โดยไม่กระทบสมบัติเนื้อในของชิ้นงาน การออกซิเดชันเกิดขึ้นผ่านหลายกระบวนการพร้อมกัน ได้แก่ การเผาไหม้เอกพันธ์ของสารตั้งต้นที่ผสมล่วงหน้า การเคลื่อนย้ายผลิตภัณฑ์การเผาไหม้มายังพื้นผิว และปฏิกิริยาวิวิธพันธ์ของผลิตภัณฑ์เหล่านั้นกับพอลิเมอร์ อุณหภูมิเปลวไฟแบบแอเดียแบติกอยู่ที่ราว 3,300°F (1,816°C)

ควรวางชิ้นงานไว้ที่ตำแหน่งใดของเปลวไฟ

ในโซนสว่างที่เป็นบริเวณออกซิไดซ์ ซึ่งเป็นบริเวณที่ร้อนที่สุด และเป็นจุดที่สปีชีส์อนุมูลอิสระ ทั้งไฮดรอกซิล คาร์บอนิล คาร์บอกซิล อีเทอร์ และเอสเทอร์ เพิ่มขึ้นอย่างมาก ระยะที่เหมาะสมโดยทั่วไปคือ 3/8 ถึง 1/2 นิ้ว (9.5 ถึง 12.7 มม.) เหนือโซนรีดิวซ์ ส่วนของเปลวไฟที่ทำหน้าที่ปรับสภาพแผ่ออกไปราว 1-1/2 นิ้ว (38.1 มม.) เลยปลายเปลวไฟ โดยประมาณ 1/2 นิ้วแรกให้ระดับการปรับสภาพสูงสุด พื้นผิวต้องไม่สัมผัสโซนรีดิวซ์เป็นอันขาด

สีของเปลวไฟบอกอะไรเกี่ยวกับส่วนผสม

สีม่วงอมน้ำเงินเข้มซึ่งเกือบโปร่งใสเมื่อลดแก๊สลง หมายถึงส่วนผสมมีแก๊สน้อย สีนั้นมาจากอนุมูล CH ที่ถูกกระตุ้น สีเขียวหมายถึงแก๊สมาก เกิดจากโมเลกุล C2 ที่ถูกกระตุ้น หากเพิ่มแก๊สต่อไป การแผ่รังสีจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเมื่ออนุภาคคาร์บอนก่อตัวขึ้น เคมีของเปลวไฟที่เหมาะสมจะเหลือความเข้มข้นออกซิเจน 0.1 ถึง 0.5 เปอร์เซ็นต์ในพลาสมาหลังปฏิกิริยาการเผาไหม้

ตัวแปรควบคุมกระบวนการมีอะไรบ้าง

มีสามตัว ได้แก่ เคมีของเปลวไฟ ระยะห่างของวัสดุฐานจากเปลวไฟ และเวลาที่สัมผัสการปรับสภาพ อัตราส่วนโดยโมลของเชื้อเพลิงต่อสารออกซิไดซ์น่าจะเป็นพารามิเตอร์เดี่ยวที่สำคัญที่สุด การเผาไหม้ตามสัดส่วนสโตอิชิโอเมตรี คือไม่มีออกซิเจนหรือเชื้อเพลิงเกิน อยู่ที่ราว 10:1 สำหรับแก๊สธรรมชาติ และ 24:1 สำหรับโพรเพน

หัวเผาแบบริบบอนหรือแบบเจาะรู

หัวเผาแบบริบบอนเป็นรุ่นหลังและได้รับความนิยมกว่าในระดับอุตสาหกรรม แถบสเตนเลสจีบที่ประกอบอยู่ในตัวเรือนให้พื้นที่เปลวไฟกว้าง เสถียรภาพของเปลวไฟที่ดี และรูปแบบเปลวไฟที่ปรับได้ตามความกว้างร่องและการจัดเรียงริบบอน เป็นตัวเลือกปกติสำหรับการปรับสภาพฟิล์มพอลิเมอร์ ส่วนหัวเผาแบบเจาะรูมักผลิตจากสเตนเลสและอะลูมิเนียม การเลือกหัวเผากำหนดความสม่ำเสมอและความครบถ้วนของการปรับสภาพ รูปทรงชิ้นงานและวัสดุฐานจึงเป็นปัจจัยร่วมในการเลือก

การย้อนกลับของเปลวไฟและการยกตัวของเปลวไฟคืออะไร

เป็นความไม่เสถียรสองแบบที่เกิดจากความไม่สมดุลระหว่างความเร็วการไหลของส่วนผสมเชื้อเพลิงกับสารออกซิไดซ์ และความเร็วการเผาไหม้ของส่วนผสมนั้น การย้อนกลับเกิดในหัวเผาแบบผสมล่วงหน้าเมื่อความเร็วการเผาไหม้ของเปลวไฟมากกว่าความเร็วของกระแสที่ออกจากช่อง ทำให้เปลวไฟลุกย้อนกลับเข้าไปในห้องผสม หัวเผาที่ออกแบบดีจะเสถียรพอจนไม่เกิดทั้งสองอย่าง