Technologie

V dnešním průmyslu je poměrně často třeba spojovat kovové a plastové výrobky a součástky, popř. tyto materiály potisknout. Abychom tohoto dosáhli, je třeba, aby barva nebo lepidlo přilnulo dokonale k danému povrchu.

Přilnavost či smáčivost povrchu je závislá na jedné hodnotě – na povrchovém napětí nebo jinak řečeno na povrchové energii.

Bohužel povrchové adhezní vlastnosti některých kovů a plastů nejsou ideální a proto je nutné je upravovat.

K tomuto účelu firma Tantec vyvíjí a vyrábí speciální stroje pro povrchovou předúpravu pomocí Korony nebo Plasmy, které zlepšují vlastnosti materiálu zvyšováním jejich povrchového napětí.

Základní pojmy

Smáčivost:

• Udává míru, v jaké tekutina přilne na daný povrch, závisí přímo na povrchovém napětí/energii.
• Smáčivost povrchu lze změřit pomocí kontaktního úhlu.
• Tento úhel měříme mezi tečnou povrchu kapaliny a povrchem samotným.
• V podstatě můžeme říci, že čím menší je kontaktní úhel, tím lépe.

Povrchové napětí = Povrchová energie:

• Přímo ovlivňuje, jak dobře kapalina smáčí povrch; měříme v mN/m (mili Newton na metr)
• V tabulce najdete hodnoty povrchového napětí různých polymerů a hodnoty povrchového napětí, potřebné k ideálnímu přilnutí zmíněných barev/lepidel atp.
• Je jasné, že hodnoty u polymerů jsou velice nízké, nicméně tyto materiály jsou v dnešní době již nezbytností pro svojí mechanickou a chemickou odolnost.

Princip zvyšování povrchového napětí je takový, že volné elektrony vznikající při výboji narážejí na upravovaný materiál vysokou rychlostí a tím rozbíjí molekulární vazby na povrchu materiálu. Tím se vytváří velice reaktivní volné radikály, které za přítomnosti kyslíku vytváří sloučeniny, které rapidně zvyšují povrchové napětí (karbonyly, karboxyly, hydroperoxidy a hydroxyly).

Povrchová předúprava tímto způsobem nemění vnitřní vlastnosti materiálu. Ovlivňuje pouze jeho povrch.

Co je EST?

EST – z anglického „Electric Surface Treatment“, česky povrchová úprava povrchu pomocí elektřiny, je založena na předúpravě povrchů pomocí vysokonapěťového výboje ve vzduchu.

Díky této technologii, je firma Tantec schopná předupravit jakékoli trojrozměrné předměty. Stačí pouze, aby prošly mezi dvěma elektrodami, které vytváří výboj (viz. obrázek).

Technologie EST je dobře využitelná v rychlých linkách, kde udržuje na elektrodách rozdíl potenciálu až 80 kV za frekvence 15 – 25 kHz.

Elektrody jsou individuálně navrženy pro jednotlivé zakázky.

Jaké povrchy lze úspěšně upravit pomocí EST?

• Polyetylen (PE) * Plexisklo (PMMA)
• Polypropylen (PP) * Teflon (PTFE)
• Polystyren (PS) * Polykarbonát (PC)
• EPDM-guma * Polyuretan (PUR)
• ABS atd.

Specifické příklady využití EST:

• Předúprava povrchů bio-medických testovacích zařízení, pro zlepšení smáčivosti povrchů, pro plynulejší tok kapalin.
• Předúprava povrchu injekčních stříkaček před potiskem.
• Předúprava vnitřního povrchu plastových hlaviček jehel, před zasazením samotné nerezové jehly.
• Předúprava povrchu izolací elektrické kabeláže, pro lepší přilnavost barev při potisku.
• Předúprava povrchu víček a zavírání chemických nádob před potiskem nebo aplikací těsnění.
• Předúprava plastových lahví před aplikací adhezních etiket.
• Předúprava automotive profilů z EPDM gumy, před flokováním nebo lakováním.

Předúprava povrchů pomocí Corony byla poprvé použita v roce 1951, v Dánsku.

Do průmyslu byla tato metoda uvedena zejména díky možnosti upravit jak plasty, tak kovy a zlepšit jejich adhezní vlastnosti. Přesněji tedy proto, že umožňovala efektivně zvýšit povrchové napětí materiálu.

Princip je takový, že materiál, u kterého požadujeme změnu vlastností, je vystaven elektrickému coronovému výboji. Během tohoto procesu dojde k rozštěpení molekul kyslíku a volné atomy se naváží na předupravovaný povrch.

Toto má i své nevýhody – takto upravený povrch má daleko větší náchylnost k znehodnocení vnějšími vlivy, pokud není dále upraven např. nátěrem. Nicméně, při správném skladování lze životnost značně prodloužit.

Do roku 1950 jsme rozlišovali pouze tři skupenství – pevné, kapalné a plynné, nicméně přelom nastal při objevení skupenství čtvrtého – plazmy.

Hmota plazmy existuje jako iony a elektrony – v podstatě je to plyn, nabitý pomocí volně pohybujících se elektronů.

Hlouběji můžeme plazmu popsat jako částečně ionizovaný plyn – směs neutrálních atomů, atomových ionů, elektronů, molekulárních ionů a molekul, přičemž kladné a záporné náboje jsou v plazmě v rovnováze. Tím pádem je navenek neutrální – bez náboje.

Při reakci proudu tohoto „plynu“ s povrchem, je iniciována plazmová předúprava.

Nejčastěji je předúprava plazmou prováděna v samostatné komoře, nejčastěji vakuové, ze které je vyčerpán vzduch a následně je do ní vpuštěn speciální plyn. Až poté je aplikována elektrická energie.

Plazma je ideální k předúpravě teplo-citlivých povrchů, nejčastěji je využívána k čištění, povrchové aktivaci a před leptáním.

Předúprava plazmou především odstraní z povrchů jakékoli cizí částice. K celému procesu jsou využívány různé plyny, nejčastěji však průmyslový kyslík. Pak mluvíme o tzv. kyslíkové plasmě. Nicméně i atmosférický vzduch je úspěšně používán místo kyslíku, pak mluvíme o tzv. atmosférické plasmě.

Předúprava plastů není ve světě průmyslu žádnou novinkou. Denně je různými způsoby předupraven bezpočet různých plastů, hlavně kvůli špatným adhezním vlastnostem.

Tyto problémy jsou způsobeny nízkou povrchovou energií (=povrchovým napětím), což je u plastů častým jevem.

Ideálním řešením je předúprava pomocí koronového výboje.

Předúprava kovů může být základní pro mnoho odvětví průmyslu. Nejedná se o nový vynález, jelikož zmínky o procesech předúpravy můžeme najít již od té doby, co lidstvo začalo používat zlato k dekorativním účelům, 4000 let před n. l. V dnešní době je předúprava využívaná zejména k:

• Zvýšení dekorativnosti a zvýšení lesklosti
• Vylepšení tvrdosti (zlepšení odolnosti proti poškození a opotřebování)
• Prevenci koroze

Předúprava kovů hraje výraznou roli hlavně v rámci prodlužování jejich životnosti v rámci automotive průmyslu a konstrukčních materiálů.

Kovy je v rámci předúpravy z největší části nutné hlavně vyčistit. K tomuto procesu se proto nabízí ideální í řešení využití Plazmové předúpravy. Předúprava Plazmou zajišťuje změnu povrchového napětí a chemickou aktivaci povrchu.