Efficiency of plasma treatment depending on the distance of the discharge from the substrate - atmospheric plasma nozzle

Abstrakt:

Ke zjištìní povrchové energie byl použit testovací fix Quicktest 38. Výsledky ukázaly, že v pøípadì použití daného plazmového systému mùže být variabilita vzdálenosti výboje od substrátu až 2 cm pøi stále stejném zábìru trysky i výsledném efektu.

Úvod:

V technické praxi se pro zvýšení povrchové energie pøed lepením èi lakováním standardnì používá, ožeh plamenem nebo alternativní metody založené na elektrickém výboji pøi atmosférickém tlaku (dielektrický bariérový, korónový, obloukový výboj).

Korónový výboj je lokalizovaný pouze v nejbližším okolí elektrody, která mùže mít rozmìry øádovì jednotky metrù. Tento typ výboje je tak vhodný zejména pro rovinné, velkoformátové substráty – napø. obalové fólie. Korónový výboj je v technické praxi hojnì rozšíøen, což vedlo ke vzniku všeobecného dojmu, že plazmové úpravy jsou vhodné pouze pro rovinné, èi tvarovì stálé substráty.

Atmosférické trysky založené na obloukovém výboji vykazují oproti korónì výraznì vyšší energetickou hustotou èástic, tedy vyšší výkonost. Rozdíl oproti korónì v principu spoèívá v unášení aktivních èástic, vzniklých v plazmovém výboji mezi dvìma elektrodami, pracovním plynem na delší vzdálenosti od elektrod. Díky odlišnému typu výboje nedosahují trysky velkoformátového rozsahu. Nìkolikacentimetrový zábìr a vysoká úèinnost plazmové úpravy jsou ovšem velmi vhodné napø. pro úpravu substrátu pøed lepením nebo potiskem, kde se setkáváme s vyšší tvarovou rozmanitostí èi tvarovou nepøesností výrobkù, zpùsobenou napø. pnutím materiálu (díly ze vstøikovacích lisù apod.).

Právì variabilní tvarová odchylka je v praxi velmi èasto øešena, a proto byly realizovány série mìøení odhalující závislost efektivity plazmové úpravy v závislosti na výšce výboje nad substrátem. Jako typový substrát byla vybrána tìžko modifikovatelná polypropylenová deska. Zmìna modifikaèní výšky byla tak na tomto substrátu dobøe identifikovatelná (pro standardnì modifikované materiály PE, PC/ABS atd. je rozdíl ménì výrazný).

Popis mìøení:

Testování bylo provedeno pomocí plazmové atmosférické trysky (výrobce SurfaceTreat a.s. viz obr. 1) se standardním nastavením parametrù (posuvu 100 mm/s, prùtok stlaèeného vzduchu 25 SCFH) umístìné na jednoduchém 3D plotru. Promìnná byla pouze vzdálenost (výška) trysky nad substrátem. (viz Tab. 1)

Obr. 1: Atmosférická plazmová tryska se zdrojem - GVN-1k-2011

Pro testování byly vybrány výšky od 5 do 30 mm. Doporuèená výška trysky nad substrátem je 10–15 mm. Následující tabulka porovnává promìnnou výšku trysky nad substrátem s odpovídající plazmovì upravenou destièku s použitým testovacím fixem Quicktest 38 (fy Arcotest) s povrchovou energií 38 mN/m. Tato hodnota je obecnì uvádìna jako limitní pro dobrou adhezi pøi lepení, potisku èi lakování.

Obr. 1 a 2: Výboj ve vzdálenosti H = 5 mm od substrátu, výsledky mìøení Quicktest (38 mN/m)

Obr. 3 a 4: Výboj ve vzdálenosti H = 10 mm od substrátu, výsledky mìøení Quicktest (38 mN/m)

Obr. 5 a 6: Výboj ve vzdálenosti H = 15 mm od substrátu, výsledky mìøení Quicktest (38 mN/m)

Obr. 7 a 8: Výboj ve vzdálenosti H = 20 mm od substrátu, výsledky mìøení Quicktest (38 mN/m)

Obr. 9 a 10: Výboj ve vzdálenosti H = 25 mm od substrátu, výsledky mìøení Quicktest (38 mN/m)

Obr. 11 a 12: Výboj ve vzdálenosti H = 30 mm od substrátu, výsledky mìøení Quicktest (38 mN/m)

Obr. 13: Srovnání vzdálenosti trysky od substrátu – destièky s Quicktestem (38 mN/m)

Závìr:

Zkušební vzorky potvrdily, že nejvhodnìjší výška atmosférické trysky nad substrátem je 10–15 mm. Garantovaná šíøka zábìru trysky jsou 2 cm. Tento zábìr splòuje výška od 5–25 mm. Variabilita pracovní vzdálenosti (výšky) trysky nad substrátem je tedy 2 cm pro tento materiál.

V pøípadì potøeby lze dosáhnout i širšího modifikaèního zábìru trysky a to kombinací více trysek s èásteèným pøekryvem. V souèasné dobì probíhají práce na vývoji trysky s šíøkou zábìru 10 cm.
Bylo tedy ovìøeno, že atmosférickou plazmovou trysku by bylo možné, v pøípadì diskutované variabilní tvarové odchylky, v urèitém rozsahu použít pøi zachování stejného zábìru i efektu povrchové úpravy.