Plazma ön işlemi

Plastiklerin plazma yüzey işlemi

Plazma ön işlemi polimer yapışmasını iyileştirir

Özellikle "gaz fazı, ışıltılı deşarj" plazma yüzey oksidasyonu olarak adlandırılan plazma yüzey ön işlemleri; düşük yüzey enerjili plastikler ile yapıştırıcılar, kaplamalar, baskı mürekkepleri, boyalar ve sızdırmazlık malzemeleri arasındaki yapıştırma güçlüklerini çözebilir. Bu yöntemler; elektriksel korona, atmosferik plazma, elektriksel üflemeli hava plazması, alev plazması, Pyrosil, uzaktan soğuk gaz plazması ve UV radyasyonu ozonu kapsar. Tüm bu prosesler "gaz plazması" üretme yetenekleriyle tanımlanır. Fizik biliminde bu plazmaların üretilme mekanizmaları farklıdır; ama yüzey ıslanabilirliğine etkileri benzerdir. Plazma işlemine ek olarak kimyasal yöntemler, florooksidasyon ve mekanik yöntemler gibi son derece etkili başka yöntemler de vardır.

yapıştırma

Plastikler neden zor yapışır?

Plastikler ve kompozitler zor yapışır; çünkü yüzeyleri hidrofobik, apolar, kimyasal olarak inert ve düşük yüzey enerjilidir. Yapışma; mekanik kilitlenme, moleküler difüzyon, elektrostatik etkileşim, ıslatma, kimyasal bağlanma ve zayıf sınır katmanı oluşumunu içeren, hepsi aynı anda gerçekleşen birden çok mekanizmayla oluşur. Ulaşılan bağ mukavemeti düzeyini, iki malzemenin özellikleri ile yapıştırma/birleştirme prosesi birlikte belirler. En iyi yapışma için yapıştırıcı (kaplama, mürekkep veya boya) yapıştırılacak yüzeyi tamamen "ıslatmalıdır".

Yapıştırma bir "prosestir" — yalnızca bir makine değil. Plazma ön işlem yöntemleri arasındaki farkları anlamak için, tedarikçilerin pazarlama amacıyla zaman zaman kullandığı muğlak terminolojiyi netleştirmek önemlidir. Ekipman tasarımı, işlevsellik ve plazma saflığı üreticiden üreticiye önemli ölçüde değişir; bu da işlem kalitesi, ürün performansı ve raf ömrü üzerinde ciddi etki yapar.

The SABREEN Group, askeri elektronik cihazlar için üç boyutlu polimer yüzeylerin korona plazma ön işlemini patentleyen ilk kuruluştur (US505186, 1991). SABREEN'in yapıştırma, yapıştırıcılar, yüzey bilimi kimyası, yüzey ön işlemleri, yapıştırma prosesleri, yapışma hata modları, analitik testler, polimerler, kalıplama operasyonları ve sistem entegrasyonunda 40 yılı aşkın uygulamalı deneyimi, sağlam yapıştırma prosesi mükemmelliğini güvence altına alır.

Yapıştırma ve plazma ön işlemi uzmanları

• Her prosesi inceleyin — kalıplamadan montaja
• Birden çok plazma ön işlemini değerlendirin (ekipman yerinde)
• Kritik proses etkenlerini doğru ölçün — ASTM standardı
• Temas açısı, yüzey enerjisi
• Bulaşık makinesi testi
• Yapışma, kohezyon, hata modu
• Kürleme ve ölçüm profili
• Taber aşınması, çizik/sürtme
• Islak/kuru kaplama kalınlığı
• Kimyasal direnç
• Hızlandırılmış ve UV yaşlandırma
• Kritik kök neden sorunlarını belirleme, çözüm doğrulama

6-Sigma proses çözümlerini uygulayın

Malzeme yüzeyi temizliği ve kimyasal aktivasyon için plazma ön işlemleri

Daha iyi yapıştırma için polimerlerin plazma yüzey ön işlemleri

Soğuk gaz plazmasıyla yüzey modifikasyonu

Yapıştırma için polimerlerin alev plazmasıyla yüzey modifikasyonu

Polimer yapışmasını iyileştiren Pyrosil® işlemi — gelişmeler düşük yüzey enerjili plastiklerin uygulamalarını genişletiyor

Polimerlerin yapışmasını iyileştirmek için UV/ozon yüzey ön işlemi

Yapışma uygulamaları şunları içerir:

• Plastik, kompozit ve metallerin yapıştırılması
• Plastik ve metal kaplamalar
• Mürekkep püskürtmeli baskı
• Polimer filmlere baskı
• Hidrofobik / hidrofilik kaplamalar
• Mikroakışkan cihazlar
• Plastik, cam, metal kaplamaları
• Teflon / PTFE

Proses uygulama sorunları şunları içerir:

• Teknik eğitim
• Yapıştırıcı seçimi
• Doku
• Parça depolama
• Kirlenmiş parçalar
• Kimyasal astar
• El koruması yok
• Sıcaklık ve nem
• Tutarsız ön işlem
• Karıştırma
• Viskozite
• Islak/kuru film kalınlığı
• Bağlama basıncı
• Kürleme reçetesi
• Fırında kürleme
• Kalite kontrol

Scott Sabreen'den özel web semineri

Bu kayıtlı web seminerinde, farklı plastiklerin yüzey ön işlemlerinin ardındaki bilimi daha iyi kavrayacak ve adezyon sorunlarınız için en iyi çözümleri nasıl belirleyeceğinizi öğreneceksiniz.

Ele alınan konular:

• Yapışma hatası ile kohezyon hatası
• Düşük enerjili plastik altlıklarda ön işlemin neden gerektiği
• Birincil kalıplama operasyonlarının yapışmaya etkileri
• En iyi ön işlem prosesi nasıl seçilir
• Tanılama, sorun giderme ve çözümler
• "En iyi uygulamalar" üretim proses yöntemleri
• Gerçek hayattan vaka çalışmaları

Yüzey ön işlemi neden gereklidir?

Plastik malzemeler; yapıştırıcılar, kaplamalar, mürekkepler ve boyalarla birleştirilirken düşük yüzey enerjisine ve düşük arayüzey yapışma özelliklerine sahiptir. Plazma yüzey ön işlemleri, zor yapışan plastik altlıklarda yapışmayı geliştirmek için kullanılır; "gaz fazı" plazma yüzey (modifikasyon) oksidasyonu en yaygın yöntemdir ve son derece etkili, ekonomik ve çevreye zararsız olduğu kanıtlanmıştır. Belirli bir uygulama için yöntem seçimi zor olabilir. Temas açıları, yüzey ıslatma ve kimyasal aktivasyonun temel bilimini anlayarak, en zor yapışan polimer ve elastomer malzemelerde bile hemen hemen tüm yapıştırma sorunları çözülebilir.

"Gaz fazı" plazma yüzey (modifikasyon) oksidasyonu nedir?

Atmosferik plazma

Alev plazması

UV radyasyonu ozon

Elektriksel korona deşarjı

Pyrosil alev plazması

Florooksidasyon

Elektriksel hava plazması

Soğuk gaz plazması

Kimyasal ve mekanik

Uygulamanız için en iyi plazma prosesi hangisi? Her yöntemi öğrenmek için aşağıdaki düğmelere tıklayın.

Hidrofilik yüzey

Hidrofobik yüzey

Kısmi ıslatma

Temas açısı; sıvı-buhar arayüzeyinin katı arayüzeyle buluştuğu yerde, genellikle sıvı içinden ölçülen açıdır. Temas açısı, Young denklemi aracılığıyla bir katı yüzeyin bir sıvıyla ıslanabilirliğini nicelleştirir.

Akışkan davranışını yalnızca statik temas açısıyla test etmek, sıvı/katı arayüzey sonuçlarının yanlış yorumlanmasına ve yapıştırma sorunlarının çözümünün gecikmesine yol açabilir. Çünkü endüstriyel üretim operasyonları gerçekte statik değil dinamik koşullardır. Bu yüzden dinamik temas açısını (DCA) anlamak önemlidir. Temas açıları genellikle hem yüzey kimyasındaki hem de yüzey topografyasındaki değişimlerden etkilenir.

İlerleyen temas açısı, altlık yüzeyinin düşük enerjili (değiştirilmemiş) bileşenlerine en duyarlı olandır; gerileyen açı ise ön işlemlerle kazandırılan yüksek enerjili, okside gruplara daha duyarlıdır. Bu nedenle gerileyen açı, dyne çözeltileriyle ölçüldüğünde, ön işlem sonrası yüzeyin değiştirilmiş bileşenini en iyi tanımlayan ölçümdür. Dolayısıyla yüzeyi değiştirilmiş tüm malzemelerde hem ilerleyen hem gerileyen temas açıları ölçülmelidir.

Bir damla katı yüzeye tutunmuşken yüzey eğildiğinde damla öne atılır ve aşağı kayar. Oluşan açılara sırasıyla ilerleyen açı ve gerileyen açı denir. ASTM D724; damla şekli analizi ve kütlesine dayanarak ilerleyen ve gerileyen temas açılarını incelemek üzere gelişmiş ekipmanla (optik tansiyometreler ve gonyometreler) DCA ölçme yöntemlerini tanımlar.

Dinamik temas açıları: gerileyen ve ilerleyen

Birçok plastiğin zor yapışmasının temel nedeni; hidrofobik, polar olmayan, kimyasal olarak inert ve zayıf yüzey ıslanabilirliğine — yani düşük yüzey enerjisine — sahip olmalarıdır. Bu hidrofobik (su itici) performans özellikleri, bunları arayan parça tasarımcıları için idealken, bu malzemeleri yapıştırmak zorunda olan üreticilerin baş belasıdır. Sağlam yapıştırma genellikle "hidrofilik" yüzeyler gerektirir. En iyi yapışmanın gerçekleşmesi için yapıştırıcı (kaplama, mürekkep veya boya) yapıştırılacak yüzeyi tamamen "ıslatmalıdır".

"Islatma", sıvının akıp yüzeyi kaplayarak yapıştırıcı ile yapışma yüzeyi arasındaki temas alanını ve çekim kuvvetlerini en üst düzeye çıkarması demektir. Bir sıvının yüzeyi etkili biçimde ıslatabilmesi için yapıştırıcının yüzey enerjisi, yapıştırılacak yüzeyinkine eşit veya ondan düşük olmalıdır. Alternatif olarak altlığın yüzey enerjisi yükseltilmelidir.

Düz bir katı yüzeyde duran (dengedeki) tek bir sıvı damlası düşünün. Katı yüzey ile uç noktadaki üst yüzey teğetinin oluşturduğu açıya temas açısı denir; bu, temas noktasındaki teğet ile katı yüzeyin yatay çizgisi arasında, sıvı içinden ölçülen açıdır. Kabarcık/damla şekli, tüm sıvıların yüzeyi büzerek içerdikleri hacmi en küçük yüzey alanlı biçime sokma eğiliminden kaynaklanır. Yüzeyi büzen moleküller arası kuvvetlere "yüzey gerilimi" denir. Yüzey enerjisinin bir ölçüsü olan yüzey gerilimi dyn/cm (SI: N/m) ile ifade edilir.

Katı altlığın yüzey enerjisi, sıvının (su, baskı mürekkepleri, yapıştırıcılar/kapsülleme, kaplamalar vb.) yüzey gerilimine göre ne kadar yüksekse "ıslanabilirlik" o kadar iyi ve temas açısı o kadar küçük olur (sayfa 2'deki Şekil 1). Kural olarak, altlığın yüzey enerjisi sıvının yüzey geriliminden yaklaşık 8-10 dyn/cm yüksek olduğunda kabul edilebilir yapışma sağlanır.

Hidrofilik ve hidrofobik yüzeylerde "yüzey ıslatma"

Birçok uygulamada, belgelenmiş bir test prosedürüne göre dyne çözeltileriyle yalnızca statik denge temas açısını incelemek yeterli olabilir. Uygulama kitleri veya "dyne kalemleri/çözeltileri" yararlı bilgiler verir ama hassas yüzey gerilimi ölçümleri değildir. Yüzey gerilimi ölçümleri kişiye (tekniğe) ve sıvının "orta" davranışının yorumuna göre epey değişebilir. Dyne kalemleri/çözeltileri, yüzey gerilimindeki önemli farkların yön göstericileri olarak bilinir ve ekonomik fiyatla "iyi" ile "kötü" yapışabilir yüzeyleri ayırt edebilir. Şişelenmiş dyne çözeltileri, çok kez kullanımda oluşan kirlenme sorunları nedeniyle kalemlere tercih edilebilir.

Yüzey kalitesini denetlemenin en iyi yöntemi:

Surface Analyst™ 2001; kimyasal dyne çözeltileri kullanmadan üretim hattında temas açılarını ölçen elde taşınır dijital bir cihazdır. Yöntem tahribatsızdır; parça normal şekilde işlenmeye devam edebilir — parçanın hurdaya ayrıldığı dyne testinin aksine. BTG Labs'ın icadı Surface Analyst™; yapıştırma, boyama, kaplama, baskı ve dekontaminasyon gibi yüzey durumunun kritik olduğu operasyonlarda hassas yüzey ölçüm teknolojisini saha teknisyenlerinin eline vermek için tasarlandı. Cihaz, "balistik biriktirme" adlı patentli teknikle altlık yüzeyine yüksek saflıkta bir su damlası bırakır.

Cihaz, su damlasının hacmini ve alanını bilerek suyun o yüzeydeki temas açısını hesaplar. Kullanıcıya ölçülebilir bir sayı veya Geçti/Kaldı uyarısıyla anında geri bildirim verir. Cihazın sağladığı denetim verileri; altlığın yapışma prosesleri için doğru hazırlanıp hazırlanmadığını belirlemeye olanak tanır ve tahrip edici dyne çözeltilerinin yerini alır. Elde taşınır ünite her yönelimde çalışır; düz veya dokulu yüzeylerde, örneğin grenli TPO'larda kullanılabilir. Bu veriler; sürekli proses iyileştirme, yaklaşan sorunların habercisi olabilecek kalite kaymalarını saptama veya ürün arızalarının kritik nedenini bulma amacıyla kullanılabilir.

BTG Labs Surface Analyst. Fotoğraflar BTG LABS'ın (513.469.1800) izniyle.

Üreticiler; yapıştırma sorunlarının tek öngörücüsü ve rutin yüzey testi olarak yalnızca temas açılarına veya diğer ıslanabilirlik ölçümlerine odaklanma eğilimindedir. Oysa kimyasal yüzey işlevselliği de eşit derecede önemlidir; hidrofobik yüzeyler, yapışabilir hidrofilik yüzeylere aktive edilir. Gaz fazı, "ışıltılı deşarj" yüzey oksidasyonu ön işlem prosesleri kimyasal yüzey aktivasyonu için kullanılır. Bu prosesler; serbest elektronlar, pozitif iyonlar ve diğer türlerden oluşan son derece reaktif "gaz plazması" üretme yetenekleriyle tanımlanır. Plazma çoğu zaman maddenin dördüncü hali olarak tanımlanır: enerji verildikçe katılar sıvıya erir, sıvılar gaza buharlaşır ve gazlar "plazmaya" iyonlaşır.

Fizikte bu plazmaların üretilme mekanizmaları farklıdır; ancak yüzey ıslanabilirliğine etkileri benzerdir. Gerçekleşen temel kimyasal ve fiziksel reaksiyon şudur: plazmada üretilen serbest elektronlar, iyonlar, yarı kararlı türler, radikaller ve UV; çoğu polimer altlığın yüzeyindeki moleküler bağları koparmaya yetecek enerjilerle yüzeye çarpar. Bu, polimer yüzeyinde çok reaktif serbest radikaller yaratır; bunlar oluşabilir, çapraz bağlanabilir veya oksijen varlığında hızla tepkimeye girerek altlık yüzeyinde çeşitli kimyasal fonksiyonel gruplar oluşturabilir. Yapışabilirliği artırabilen polar fonksiyonel gruplar; karbonil (C=O), karboksil (HOOC), hidroperoksit (HOO-) ve hidroksil (HO-) gruplarıdır. Polimerlere katılan az miktarda reaktif fonksiyonel grup bile yüzeyin kimyasal işlevselliğini ve ıslanabilirliğini iyileştirmede son derece yararlıdır. Ayrıca kimyasal astarlar/solventler ve mekanik aşındırma (kalıp dokusu dahil) tek başına veya ön işlemlerle birlikte kullanılabilir.

Sağlam yapışma mukavemeti için ön işlemin derecesi veya kalitesi, plastik yüzeylerin temizliğinden etkilenir. En iyi ön işlem ve ardından gelen yapışma için yüzey temiz olmalıdır. İşlemi engelleyen ürün yüzeyi kirlilik kaynakları kir, toz, gres ve yağdır. Silikonlar, kalıp ayırıcılar ve kayma önleyiciler gibi düşük moleküler ağırlıklı maddeler yapıştırma için özellikle zararlıdır. Malzeme saflığı da önemli bir etkendir. Ayrıca pigment ve boya renklendiricilerinde kullanılan bazı çözünür veya çözünmez bileşik ajanlar yapışmayı olumsuz etkileyebilir.

İşlenmiş plastiklerin raf ömrü (işlem yaşlanması); reçine türüne, formülasyona ve depolama alanının ortamına bağlıdır. Raf ömrünü; antioksidanlar, plastikleştiriciler, kaydırıcı ve antistatik ajanlar, renklendiriciler ve pigmentler, stabilizatörler gibi düşük moleküler ağırlıklı oksitlenmiş maddelerin (LMWOM) varlığı sınırlar. İşlenmiş yüzeylerin yüksek sıcaklıklara maruz kalması moleküler zincir hareketliliğini artırır. Hareketlilik ne kadar yüksekse, ön işlemin yaşlanması o kadar hızlıdır. Plazmayla işlenmiş yüzeyler, çevre koşullarına bağlı olarak farklı hızlarda ve ölçülerde yaşlanır. Yaşlanma özellikleri ve depolama raf ömürleri, üretim operasyonları için hayati önemdedir. Aktive edilmiş yüzeylerin raf ömrü saatler, günler, aylar veya daha uzun olabilir. Ürünleri ön işlemden sonra en kısa sürede yapıştırmak, kaplamak, boyamak veya dekore etmek önerilir.

Her yüzey ön işlem yönteminin uygulamaya özgü olduğunu, benzersiz avantajlar ve olası kısıtlar taşıyabileceğini unutmayın. Sağlam sonuçlar için şu etkenleri göz önünde bulundurun:

• Polimerler oksidasyon proseslerine farklı tepki verir. Polimer altlığın türü ve nihai kullanım performans gereksinimleri, ön işlem yönteminin seçiminde belirleyicidir.
• Altlık (işlenecek ürün) iletken mi? Örneğin metal temas pimleri olmayan, monte edilmemiş plastik elektronik konektör gövdeleri elektriksel olarak işlenebilirken monte edilmiş konektörlerde elektrik arkı sorunları görülebilir.
• Parça geometrisi — düz yüzeyler; derin girintilere, aşırı konikliklere ve diğer şekil düzensizliklerine göre daha kolay işlenir. Islatma testlerini küçük alanlarda ve yoğun dokulu yüzeylerde yürütmek zordur.
• Malzeme taşıma otomasyonu: İletken bantlar ve zincirler, klasik korona deşarjı ve nokta işlem cihazlarıyla ark yapabilir. Alternatif olarak alev, soğuk gaz plazması veya düşük potansiyelli atmosferik plazma kullanmayı düşünün.
• Aşırı işlemden kaçının. Plazmayla aşırı okside olmuş yüzeyler; ısıl yapıştırma/kaynak gibi sonraki montaj proseslerini olumsuz etkileyebilir.
• Tüm ön işlem ekipmanları eşit değildir. Kurulu sistemlerin kalitesini çalışırken inceleyin. Elektriksel proseslerde plazma deşarjının homojenliğini gözlemleyin; alev işleminde şerit ve delikli brülörler arasındaki farkları ve yanma sistemi bileşenlerini değerlendirin; soğuk gaz plazmasında hazne yapısının, elektrot raflarının ve özellikle vakum pompası üreticisinin kalitesini inceleyin.

Yüzey pürüzlülüğü; bir katının yüzeyindeki düzensizliğin, şekil veya dalgalanma ölçeğinin altında ama kristal kafes yapısındaki düzensizliğin üstünde kalan derecesidir.

Pürüzlülük derecesi katının ıslanabilirliğini etkiler. Pürüzlülük büyüyen yüzey alanıyla el ele gittiğinden; katının ıslanabilirliğini, sıvının temas açısını ve yapışmayı etkiler.

Bu prosedür, dyne test kalemleri kullanarak plastik altlıkların yüzey ıslatma gerilimini (yani yüzey enerjisini) test etme ve ölçme yöntemini tanımlar.

Yüzey ıslatma testleri, ön işlemden (korona deşarjı, alev işlemi, RF gaz plazması) hemen sonra yapılmalıdır. İşlenmiş yüzeyler zamana duyarlıdır ve sıcaklık ile nem gibi çevre koşullarından etkilenir. En iyi yapışma için altlıkların yüzeyleri temiz olmalıdır. Kir, toz, el/parmak yağları, silikon esaslı ürünler ve diğer kirleticiler yapışmayı engeller ve hatalı test sonuçlarına yol açabilir.

1.0 Malzemeler / ekipman

• Dyne kalemler — mevcut düzeyler: 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 60
• Test edilecek ürünler
• Plastik eldivenler
• Kimyasal mendiller (Chemwipes) veya kâğıt havlular
• Sıcaklık ve nem ölçerler
• Temiz çalışma alanı

2.0 Yöntem

• Ortam sıcaklığını ve nemini kaydedin.
• 60 dyne kalemi seçin ve kapağını çıkarın.
• Test edilecek ürünü düz bir yüzeye koyun ve kalem ucunu, çözelti uca çekilene dek ürüne sıkıca bastırın.
• Hafif bir dokunuşla kalemi, ince bir sıvı tabakası uygulamak için ön işlenmiş yüzeyin boyunca bir kez çekin.
• Paralel geçişler önerilir. Aşırı çözelti hatalı okumaya yol açar.
• Sıvının damlacıklara ayrılma süresini not edin. Sıvı davranışı, sıvının orta kısmında gözlemlenmelidir.
• Sıvı iki (2) saniye sonra damlacıklara ayrılmıyorsa yüzey enerjisinin en az 60 dyne olduğu varsayılır; 2.7 adımına geçin. Sıvı iki (2) saniyeden kısa sürede damlalara ayrılıyorsa testi bir alt düzeydeki dyne kalemiyle yineleyin. Ön işlem prosesinde ayar gerekebilir.
• Tüm yüzeyler istenen ıslatma sonuçlarına ulaştığında test tamamlanır.
• Test edilen ürünleri uygun şekilde imha edin.

---