• Home
  • Features
  • Plasma surface treatment of plastics - solutions for continuous and batch processes

Plasma surface treatment of plastics - solutions for continuous and batch processes

Plasma surface treatment of plastics - solutions for continuous and batch processes

The company SurfaceTreat a.s. is focused on the development and application of plasma technology for surface treatment. The aim is to find an efficient solution of specific problems finishes with the environment in mind just using all the advantages that plasma technology provides - without using wet chemical methods, thermal and mechanical effect on the surface. We offer a comprehensive solution to the problem of the development process in laboratory equipment through transfer to manufacturing equipment / verification, optimization process to bulk processing or delivery of the equipment directly "tailored" to the customer.

Řešené problémy jsou z oblasti jednak předúpravy plastových dílů či součástek ale i z oblasti polyolefinů ve formě prášků (aditiv či prášků pro technologii výroby plastů rotačním spékáním) od velikosti částic 8 μm až po 800 μm. Tento příspěvek je ale zaměřen na problematiku zpracování povrchů hotových výrobků jako jsou např. krytky, těsnění, svorky, fólie, membrány, katétry apod.

Plazmová povrchová úprava spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích. Je totiž možné takto upravovat velké množství povrchových vlastností: smáčivost, adhezi, barvitelnost, index lomu, tvrdost, chemickou odolnost, tření a biokompatibilitu. Díky plazmovým výbojům lze také povrch výrobku čistit od tuků, mastných kyselin a dalších nečistot.

Zařízení používaná pro zpracování materiálů jsou vyvinutá i zkonstruovaná firmou SurfaceTreat a.s. Jedná se o nízkotlaké plazmové aparatury s různými objemy komor, plazmovou atmosférickou trysku nebo laboratorní aparaturu s variabilním vnitřním uspořádáním pro různé typy zpracovávaných substrátů - prášky, textilie či plastové drobné součásti.

Nízkotlaké systémy s mikrovlnným zdrojem plazmatu pracují v tzv. batch (dávkovém) procesu. Variabilita procesu je poměrně široká z hlediska volby možných parametrů ať už se jedná o pracovní plyn, tlak či délku procesu. Protože se jedná také o nízkoteplotní procesy je tato technologie vhodná zejména pro polymery, kde při vysokých teplotách zpracování hrozí velké riziko degradace materiálu.

Atmosférická tryska slouží pro generování plazmatu za atmosférického tlaku. Plazma je generováno pomocí klouzavého obloukového výboje (Gliding arc discharge) a zařízení je určeno primárně pro zařazení do stávajících kontinuálních výrobních linek jako krok předúpravy. V tomto případě jsou proměnnými parametry procesu rychlost posuvu trysky nebo substrátu, vzdálenost trysky od substrátu a velikost průtoku stlačeného vzduchu. Po úpravě dochází ke zlepšení smáčivosti/adheze povrchu a proto jsou následné úpravy aplikovány velmi snadno, mají lepší přilnavost a celkově se tedy zvyšuje kvalita finální úpravy.

 LA 400 – nízkotlaké plazmové laboratorní zařízení - variabilní nosič substrátuAtmosfericá plazmová tryska 


Z našeho pohledu patří mezi nejčastější požadavky na povrchové zpracování pomocí plazmatu úprava, resp. aktivace povrchu před následným lepením, barvením či potiskem. Z hlediska materiálu jsou zpracovávány typy jako je PTFE, TPU, PP, PEEK, apod. Účelem procesu je změna povrchových vlastností resp. zvýšení povrchového napětí pro dosažení vyšší adheze následné aplikace. Pro zjišťování povrchového napětí jsou používány testovací fixy a inkousty s přesně definovaným povrchovým napětím. V některých případech je také aplikována metoda měření kontaktního úhlu na přístroji See Scan. Materiál je dodán na předem definovaných vzorcích a poté je prověřována možnost aplikace plazmové úpravy pro daný typ materiálu. Vývojový proces je zaměřen na vyhledání nejvhodnějších parametrů procesu úpravy a dosažení požadovaných hodnot povrchového napětí. Vzorky jsou následně dodány k ověřovacím testům přímo zákazníkovi.

Je důležité uvést, že limitní hranice 38 mN/m povrchového napětí pro dobrou přilnavost nemusí být vždy pravidlem. Požadavek na hodnotu povrchového napětí se řídí především danou aplikací a limitní hodnota nemusí být pro danou aplikaci dostačující, proto je nutné tuto hodnotu navýšit.

Příklad úpravy plastového dílu v nízkotlaké plazmové aparatuře - předúprava před lepením:

 Povrchové napětí - materiál PEEK - před plazmovou úpravou; < 36 mN/m Povrchové napětí - materiál PEEK - po plazmové úpravě; > 44 mN/m


Příklad úpravy plastového dílu plazmovou atmosférickou tryskou - předúprava před lepením:

  
 PP - povrchové napětí před plazmovou úpravou < 36 mN/m PP - povrchové napětí po plazmové úpravě         > 42 mN/m


U všech testovaných vzorků materiálů bylo zatím dosaženo požadovaného zvýšení povrchového napětí a zároveň aplikační testy prokázaly úspěšnost tohoto typu povrchové úpravy. Některé testy jsou prováděny jako tipovací, tzn. pouze pro ověření různých typů povrchových úprav a jejich porovnání. Další jsou ověřeny v praktických podmínkách dané výroby a realizované formou pravidelných zakázek nebo je připraven komplexní návrh umístění zařízení pro konkrétní technologický postup. Vždy jsou zváženy všechny možné typy procesů a vybrán ten nejvhodnější pro daný typ aplikace a podmínek.

www.surface-treat.cz

  • autor:
  • Ing. Jiří Cerman Ph.D., Ing. Monika Pavlatová, Prof.RNDr. Petr Špatenka CSc.
  • SurfaceTreat a.s.

    SurfaceTreat a.s.

    Product development and manufacturing of plasma surface treatment. We offer innovative solutions for surface treatment called "at peace" with the latest knowledge of material science and effective and proven technologies.



You might also be interested



  • MCAE Systems celebrates 25 years!

    MCAE Systems celebrates 25 years!

    For 25 years, MCAE Systems has been opening the door to a world of endless possibilities of 3D technology for its customers. It pushes the boundaries of established industrial processes and makes it possible to reconsider the way of design, product development and production processes. In short, it...

  • The new version of VISI 2020.1 includes improvements from data scanning to mold making

    The new version of VISI 2020.1 includes improvements from data scanning to mold making

    The latest version of VISI software from NEXNET SK, s.r.o. includes improvements in development, tool design, reverse engineering and plastic injection analysis. Last but not least, direct interfaces for Digimat, Stampack Xpress and an interface for NC Simul software have been added to...

  • Use of neural networks in optical control

    Use of neural networks in optical control

    Most modern manufacturing companies actively solve how to achieve the highest possible quality during the production process, at the lowest possible cost. However, an error may occur and the product produced is not of the required quality. There can be many reasons, from bad input material, through...