Vliv povrchového napětí materiálů na jejich označování Ing. Hana Šourková Prof. RNDr. Petr Špatenka, CSc. SurfaceTreat a.s. © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

© SurfaceTreat 2016. All rights reserved. Povrchové napětí Povrchové napětí pevné látky hodnota v mN/m nelze přímo stanovit → odhad z povrchového napětí kapalin (fixy, inkousty) Povrchové napětí je jedno z rozhodujících kritérií pro adhezi (přilnavost) tiskařské barvy, lepidel, laků, nátěrů atd. na jakémkoli povrchu. Povrchové napětí – síla, potřebná ke zvětšení obvodu povrchu o jednotku …. γ [N/m] - vektor Povrchová energie – energie, potřebná ke zvětšení plochy povrchu o jednotku …. E [J/m2 ] - skalár Obě veličiny jsou si číselně rovny (ale ne typ) Povrchové napětí kapalin lze měřit přímo Úhel smáčení lze měřit přímo Povrchové napětí pevné látky – odhad z povrchového napětí kapalin rozhodující kritérium pro adhezi (přilnavost) např. tiskařských barev, laků, lepidel © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

© SurfaceTreat 2016. All rights reserved. Kontaktní úhel Měření úhlu smáčení dobré smáčení → ostrý úhel (hydrofilní povrch) špatné smáčení → tupý úhel (hydrofobní povrch) Dokonalé smáčení fixa se rovnoměrně rozprostře, špatné smáčení udělá kapičky © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

© SurfaceTreat 2016. All rights reserved. Schéma smáčení Silová rovnováha Systém se snaží zaujmout nejvýhodnější en. uspořádání = konfigurace o nejmenší energii Plocha fázového rozhraní se mění – kapalina zaujme nejvýhodnější en. uspořádání (kapka – rozlítí) Povrchy: Smáčivé γGS > γ LS, nesmáčivé γGS < γLS Smáčivé: povrch smáčený kapalinou zaujímá v systému menší energii než stejný povrch pokrytý vzduchem Čím více jsou od sebe dané povrchové napětí vzdálené tím jsou rozdílné velikosti kapiček (úhel smáčení) (povrchu co je smáčen) Tím hraje roli i vliv drsnosti povrchu pro Smáčivé drsnost zlepšuje adhezi, Nesmáčivé drsnost zhoršuje adhezi resp. Čím větší povrch díky hrubosti tím větší energie (celková) Systém sestávající ze tří fází se uspořádá tak, aby součet energií všech fázových rozhraní a potenciálních energií všech fází byl minimální © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Vybraná povrchová napětí Dobré smáčení povrchu → povrch. en. materiálu > kapaliny – pro ideální smáčení min. rozdíl 10 mN/m (materiál-kapalina) Plasty jsou špatně smáčeny X taveniny plastů velmi dobře smáčejí Povrchové napětí pevných látek kapalina ether Líh benzen olej voda rtuť γ [mN/m] 15 20 30 33 73 480 Povrchové napětí pevných látek pevná látka plasty PE PP organické látky sklo kov keramika γ [mN/m] 20-30 25 30 500 - 5000 80 - 100 400 - 2000 100 - 1000 PP 31 mN/m PE 25 mN/m Voda + detergent 24-40 mN/m Teflon <20 mN/m Povrchové napětí lepidla (barvy) musí být vždy nižší než povrchové napětí lepeného povrchu, jinak nedojde k dokonalému smočení povrchu lepidlem. Vliv drsnosti povrchu – drsný povrch = větší povrch než hladký → drsnost zlepšuje adhezi pro smáčivé kapaliny X drsnost ještě více zhoršuje adhezi pro nesmáčivé kapaliny © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Proč je dobré znát povrchové napětí? Odhad adheze před aplikací materiálů (38 mN/m), odhalení znečištění (olej, otisky prstů …), kontrola kvality: procesu, čištění (čistících prostředků) Mastné povrchy např. 25-35 mN/m → vyčištění = zvýšení hodnoty Vyšší povrchové napětí materiálu → lepší přilnavost látek na jeho povrch Většina plastů – nízké povrchové napětí → nutno ošetření (chemické, fyzikální) = zvýšení přilnavosti © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

© SurfaceTreat 2016. All rights reserved. Předúpravy povrchu Čištění - odstranění nečistot (x přilnutí k nečistotám) - odmaštění (isopropylalkohol, detergenty…) Oxidace povrchu → zvýšení polarity, hydrofilizace Úprava plamenem (vysoké teploty) Chemické úpravy (nebezpečná rezidua) Plazmatické úpravy – modifikace povrchů (aktivace povrchu) Úprava plamenem - ožehnutí povrchu plastu oxidačním plamenem o teplotě 700—900 °C; omezení - ne u velmi tenkých výrobků a výrobků komplikovaných tvarů s nízkou reprodukovatelností Chemická úprava - kontinuální nebo diskontinuální ponoření výrobku do reakční směsi a reagování povrchu plastu s aktivními složkami směsi; velmi účinná a homogenní, navíc při ní dochází i k mikročistění upravovaných povrchů. © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Chemická reakce NA POVRCHU POLYMERU = NOVÉ FUNKČNÍ SKUPINY Plazmové procesy AKTIVNÍ ČÁSTICE PRACOVNÍ PLYN PLAZMOVÝ VÝBOJ Chemická reakce NA POVRCHU POLYMERU = NOVÉ FUNKČNÍ SKUPINY © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Nové funkční skupiny – OH; COOH smáčivost; adheze HYDROFOBNÍ CHARAKTER HYDROFILNÍ CHARAKTER © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Atmosférická plazmová tryska Kontinuální procesy Před lepením Před potiskem Před lakováním Max. rychlost posuvu: 10 cm/s Šířka záběru: od 1 cm do 3 cm, dle vzdálenosti trysky od substrátu a velikosti průtoku stlačeného vzduchu Spotřeba stl. vzduchu – cca 20-30 l/min © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Atmosférická plazmová tryska Tryska umístěná na ploter – pohyb (x,y,z) Stacionárně umístěná tryska v průmyslové lince – pohyb: díl (robot. rameno) © © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Výrobky - aktivace povrchu před lepením - PP © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Výrobky - aktivace povrchu před potiskem – (TPU) Před úpravou – kontaktní úhel 92° Po úpravě – kontaktní úhel 40° © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Laboratorní nízkotlaký systém LA 400 MW zdroj Práškové mat. cca 250 g Plastové součástky – cca 50 ks Textilie - vzorky v návinu © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Aktivace povrchu před lepením – krytka s vnitřním závitem (PEEK) Před úpravou – povrchové napětí < 36 mN/m Po úpravě – povrchové napětí > 44 mN/m © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Nízkotlaký systém pro testovací i malosériovou výrobu LA650 Práškové materiály Ruční dávkování Automatické plnění Velikost várky 6 - 10 kg Výrobky Ruční dávkování-pohyblivé dno až 400 ks krytek 2x2 cm © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Výroba strojů na zakázku – ST650 Automatické plnění/vyprazdňování Signalizace stavu procesu PC řízení Instalace Zaškolení Servis © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

© SurfaceTreat 2016. All rights reserved. Komplexní přístup STUDIE VÝVOJ PROCESU OPTIMALIZACE VZORKOVÁNÍ VELKOVÝROBA DODÁVKA ZAŘÍZENÍ PORADENSTVÍ SERVIS © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Výhody plazmové technologie Šetrná k životnímu prostředí Široké spektrum procesů Stabilita a homogenita procesu PRÁŠKY Bez dispergačních činidel Bez shluků Rychlé a snadné zamíchání VÝROBKY Mechanické zdrsňování Chemické mokré procesy Plamen © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.

Děkuji za pozornost a budeme se těšit na setkání v Českém ráji Provozovna: Na Lukách 669 51101 Turnov Tel. 480 001 332 info@surface-treat.cz www.surface-treat.cz © SurfaceTreat 2016. All rights reserved.