การฟื้นตัวของความไม่ชอบน้ำ

การฟื้นตัวของความไม่ชอบน้ำ

ประเด็นสำคัญ

• พื้นผิวที่ปรับสภาพแล้วไม่คงสภาพอยู่ตลอดไป พอลิเมอร์ที่ปรับสภาพแล้วจะค่อย ๆ ย้อนกลับสู่พลังงานพื้นผิวเดิมตั้งแต่การปรับสภาพสิ้นสุดลง
• กลไกหลักมีสี่ประการ ได้แก่ การจัดเรียงหมู่มีขั้วกลับเข้าสู่เนื้อวัสดุ การเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่ถูกออกซิไดซ์ การเยิ้มของสารเติมแต่ง และการปนเปื้อนจากอากาศ
• การเสื่อมเกิดเร็วในช่วงแรกแล้วช้าลง การสูญเสียส่วนใหญ่เกิดในช่วงไม่กี่ชั่วโมงถึงไม่กี่วันแรก ส่วนระดับคงที่หลังจากนั้นคือสิ่งที่หมึกหรือกาวสัมผัสจริง
• ช่วงเวลาเป็นหัวข้อหนึ่งของข้อกำหนด พอลิโอเลฟินรักษาระดับที่เหมาะกับหมึกได้ชั่วโมงถึงวัน PET, PC และ ABS ได้สัปดาห์ถึงเดือน ส่วนยางซิลิโคนได้เพียงนาทีถึงชั่วโมง

การฟื้นตัวของความไม่ชอบน้ำ

การฟื้นตัวของความไม่ชอบน้ำคือการสูญเสียพลังงานพื้นผิวอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวพอลิเมอร์ที่ผ่านการปรับสภาพด้วยพลาสมา โคโรนา หรือเปลวไฟ เมื่อหมู่มีขั้วที่เกิดจากการออกซิเดชันถูกฝังลง ถูกปกคลุม หรือถูกเจือจาง และพื้นผิวย้อนกลับสู่สภาพพลังงานต่ำที่ไม่ชอบน้ำดังเดิม เรียกอีกอย่างว่าการเสื่อมของการปรับสภาพหรือการเสื่อมอายุของการปรับสภาพ จึงเป็นเหตุให้ระดับไดน์ที่วัดได้ที่เครื่องปรับสภาพไม่ใช่ระดับที่หมึกหรือกาวสัมผัสจริง

การปรับสภาพอาจยกพอลิโอเลฟินจาก 29–31 เป็น 44–56 dyne/cm ส่วนการฟื้นตัวมักไม่ทำให้ค่ากลับไปจนสุด แต่จะเข้าสู่ระดับคงที่ระหว่างสองค่านั้น และระดับคงที่เมื่อเทียบกับระดับที่กระบวนการต้องการจะกำหนดช่วงเวลาที่ใช้งานได้

กลไก

มีสี่กระบวนการเกิดขึ้นพร้อมกัน กระบวนการใดมีบทบาทเด่นขึ้นกับชนิดพอลิเมอร์ ชุดสารเติมแต่ง และสภาพการจัดเก็บ

จลนศาสตร์และช่วงเวลาโดยทั่วไป

เมื่อพล็อตพลังงานพื้นผิวเทียบกับลอการิทึมของเวลา การฟื้นตัวจะเป็นช่วงลดลงชันตามด้วยระดับคงที่ สำหรับพอลิโพรพิลีนที่ผ่านการปรับสภาพด้วยโคโรนา ค่าที่เพิ่มขึ้นเหนือระดับเดิมอาจหายไปประมาณครึ่งหนึ่งภายใน 24–72 ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง ก่อนที่กราฟจะราบและอาจคงอยู่ได้หลายสัปดาห์ อัตราขึ้นกับความเคลื่อนไหวของสายโซ่ พอลิโพรพิลีน (Tg ต่ำกว่า 0 °C) พอลิเอทิลีน และซิลิโคนมีสภาพคล้ายยางที่อุณหภูมิห้องและจัดเรียงใหม่ได้อย่างอิสระ ส่วน PET (Tg ประมาณ 70–80 °C) ABS (ประมาณ 105 °C) และพอลิคาร์บอเนต (ประมาณ 147 °C) มีสภาพคล้ายแก้วและการจัดเรียงใหม่แทบหยุดนิ่ง

การวัดการเสื่อม

การหาลักษณะของการฟื้นตัวทำได้โดยวัดความสามารถในการเปียกบนวัสดุจากสายการผลิตที่จัดเก็บภายใต้สภาพการผลิต ที่ 0, 1, 4, 24 และ 72 ชั่วโมง แล้วต่อด้วย 7, 14 และ 28 วัน

• สารละลายแรงตึงผิวตามมาตรฐาน ASTM D2578 ให้ค่าเป็นช่วงขั้นละ 2 dyne/cm และเร็วพอสำหรับตารางเวลาทั้งหมด
• มุมสัมผัสแบบหยดนิ่ง (ASTM D5946 สำหรับฟิล์มที่ปรับสภาพด้วยโคโรนา หรือโกนิโอมิเตอร์ที่ใช้น้ำและไดไอโอโดมีเทน) ให้ค่าต่อเนื่อง และเมื่อใช้ของเหลวสองชนิดจะแยกองค์ประกอบมีขั้วซึ่งเป็นส่วนที่เสื่อมได้ ปากกาไดน์ตรวจพบการเสื่อมแต่ทำแผนที่การเสื่อมไม่ได้

วัดสามตำแหน่งต่อตัวอย่าง เพราะผลการปรับสภาพต่างกันจากขอบถึงกึ่งกลาง และบันทึกการตั้งค่าเครื่องปรับสภาพ ล็อตเรซิน อุณหภูมิจัดเก็บ และบรรจุภัณฑ์ทุกจุดข้อมูล เครื่องคำนวณพลังงานพื้นผิวตรวจสอบระดับไดน์หรือคู่ค่ามุมสัมผัสเทียบกับส่วนต่างที่หมึกหรือกาวต้องการ

ปัจจัยที่ทำให้ช่วงเวลาสั้นลงหรือยาวขึ้น

การกำหนดและการตรวจสอบช่วงเวลาของการปรับสภาพ

ไม่สามารถปิดการฟื้นตัวได้ จึงต้องออกแบบกระบวนการให้รองรับ ได้แก่ การปรับสภาพแบบอินไลน์ (การปรับสภาพด้วยโคโรนากับฟิล์ม พลาสมาความดันบรรยากาศหรือเฟลมพลาสมากับชิ้นงานขึ้นรูป ก่อนพิมพ์หรือติดกาวเพียงไม่กี่วินาที) ช่วงเวลาปรับสภาพถึงยึดติดสำหรับการปรับสภาพเป็นล็อต โดยกำหนดช่วงสูงสุดจากกราฟการเสื่อม หรือการปรับสภาพซ้ำกับสต็อกที่เก่าแล้ว ซึ่งย้อนการจัดเรียงใหม่ได้แต่ย้อนการเยิ้มของสารเติมแต่งไม่ได้

ข้อกำหนดควรระบุหัวข้อต่อไปนี้

• พลังงานพื้นผิวที่ต้องการ ณ จุดใช้งาน ไม่ใช่ที่เครื่องปรับสภาพ เช่น ขั้นต่ำ 42 dyne/cm ตาม ASTM D2578 หรือมุมสัมผัสของน้ำต่ำกว่า 60°
• ช่วงเวลาสูงสุดจากปรับสภาพถึงยึดติด ไม่เกินครึ่งหนึ่งของเวลาที่กราฟซึ่งวัดได้ตัดผ่านค่าที่ต้องการ
• ขอบเขตการจัดเก็บ: ช่วงอุณหภูมิ บรรจุภัณฑ์ และห้ามสัมผัสกับพอลิโอเลฟินที่ยังไม่ปรับสภาพ กระดาษลูกฟูก หรือซิลิโคน
• การตรวจสอบ: วัดหนึ่งครั้งต่อกะ และก่อนใช้สต็อกที่เก่ากว่า 24 ชั่วโมง

ระยะเวลาที่การปรับสภาพพื้นผิวด้วยพลาสมาคงอยู่นำหลักการนี้ไปใช้กับสายการผลิตชิ้นงานขึ้นรูป ส่วนการปรับสภาพพื้นผิวครอบคลุมการเลือกวิธีการ

การแก้ปัญหา

คำศัพท์และบทความที่เกี่ยวข้อง

• พลังงานพื้นผิว
• มุมสัมผัส
• Pyrosil เฟลมพลาสมา
• พลาสมาแก๊สเย็น
• การเร่งอายุ
• การปรับสภาพพื้นผิวพอลิเมอร์ด้วยพลาสมาเพื่อเพิ่มการยึดติดด้วยกาว

การประยุกต์ใช้ในการผลิตจริง

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการรับรองคุณสมบัติช่วงเวลาของการปรับสภาพ การวัดกราฟการเสื่อม และการแก้ปัญหาการยึดเกาะ หากอยู่ระหว่างการกำหนดกระบวนการ การรับรองคุณสมบัติวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งานดังกล่าว

คำถามที่พบบ่อย

การฟื้นตัวของความไม่ชอบน้ำเกิดเร็วเพียงใดหลังการปรับสภาพด้วยพลาสมาหรือโคโรนา

เร็วที่สุดในช่วงชั่วโมงแรก สำหรับพอลิโพรพิลีนที่ผ่านการปรับสภาพด้วยโคโรนา ค่าที่เพิ่มขึ้นเหนือระดับเดิม 29 dyne/cm อาจหายไปประมาณครึ่งหนึ่งภายใน 24–72 ชั่วโมง จากนั้นกราฟจะราบเป็นระดับคงที่ซึ่งอาจคงอยู่ได้หลายสัปดาห์ ยางซิลิโคนฟื้นตัวในนาทีถึงชั่วโมง ส่วน PET พอลิคาร์บอเนต และ ABS ที่มีสภาพคล้ายแก้วใช้เวลาสัปดาห์ถึงเดือน

พื้นผิวย้อนกลับสู่สภาพเดิมที่ยังไม่ปรับสภาพทั้งหมดหรือไม่

โดยทั่วไปไม่ การจัดเรียงใหม่ฝังหมู่มีขั้วไว้โดยไม่ได้กำจัดออก และการเชื่อมขวางจากการปรับสภาพยังจำกัดพื้นผิวไว้ พอลิเมอร์ส่วนใหญ่จึงคงที่อยู่เหนือค่าเดิม ระดับคงที่นั้นใช้งานได้หรือไม่ขึ้นกับของเหลวที่ใช้ เช่น 38 dyne/cm บนพอลิโพรพิลีนเหมาะกับหมึกตัวทำละลายบางชนิด แต่ไม่ผ่านสำหรับหมึกชนิดน้ำที่ต้องการ 42 dyne/cm

สต็อกที่เก่าแล้วปรับสภาพซ้ำได้หรือไม่

หากการจัดเรียงใหม่เป็นกลไกหลัก ได้ การปรับสภาพซ้ำหมุนหมู่มีขั้วกลับออกมา และพื้นผิวทำงานเหมือนสต็อกใหม่ แต่หากสาเหตุคือการเยิ้มของสารเติมแต่ง การปรับสภาพซ้ำจะกระตุ้นสารที่เยิ้มแทนที่จะกระตุ้นพอลิเมอร์ และระดับจะตกลงอีกภายในไม่กี่ชั่วโมง ควรเช็ดตัวอย่างหนึ่งชิ้นด้วยตัวทำละลายก่อนปรับสภาพซ้ำ หากเฉพาะชิ้นนั้นคงระดับได้ แสดงว่าปัญหาคือการเยิ้ม

ควรเขียนช่วงเวลาจากปรับสภาพถึงยึดติดไว้ในข้อกำหนดอย่างไร

วัดกราฟการเสื่อมบนวัสดุจากสายการผลิตที่จัดเก็บภายใต้สภาพการผลิต หาจุดที่กราฟตัดผ่านระดับที่หมึกหรือกาวต้องการ แล้วกำหนดช่วงเวลาสูงสุดไว้ที่ครึ่งหนึ่งของเวลานั้น ระบุระดับ ณ จุดใช้งาน วิธีทดสอบ (ASTM D2578 หรือมุมสัมผัสของน้ำ) อุณหภูมิจัดเก็บ บรรจุภัณฑ์ และการตรวจสอบหนึ่งครั้งต่อกะ

---