Jak zmienić powierzchnię, aby stała się aktywna? Chemicznie czy fizycznie?
Powierzchnia przeznaczona do wiązania powinna być czysta, gładka, sucha oraz nieporowata, a przy tym wolna od kurzu i zwilżalna, czyli powinna występować na niej wysoka energia. Dostępnych jest wiele metod zwiększania polaryzacji i energii powierzchniowej tworzyw sztucznych. Należą do nich metody obróbki obejmujące wysoką temperaturę, mokre chemikalia itp., które nie są aż tak przyjazne dla środowiska. Inne metody polegają na obróbce powierzchni tworzyw sztucznych z wykorzystaniem wysokonapięciowej aktywacji powierzchni metodą koronową i plazmową, która jest bardziej przyjazna dla środowiska niż mokre chemikalia i metody płomieniowe, ale o tym później.
Najważniejsze, aby kierować się zwykle taką zasadą: energia powierzchniowa materiału musi być wyższa od napięcia powierzchniowego wykorzystywanego "płynu" - ma to miejsce wtedy, gdy chcemy by przyczepność farby do podłoża była zadowalająca. Zasadniczy wpływ ma na nią moment przeprowadzenia operacji: im mniej czasu upłynie od chwili przetworzenia materiału (wtrysku, rozdmuchu, wytłaczania), tym mniej energii wystarczy do właściwego przygotowania powierzchni i efekt będzie zadowalający dłużej. Jeżeli od wyprodukowania przedmiotu minęło kilka tygodni, lub do materiału dodano przemiał czy różnego rodzaju dodatki, to przygotowanie powierzchni może okazać się niemożliwe.
Ogólnie rzecz biorąc, energia powierzchniowa podłoża powinna być o co najmniej 5 mN/m (dyn/cm) większa niż napięcie powierzchniowe kleju, farby, powłoki lub tuszu, które mają zostać naniesione na powierzchnię.
Chemicznie
Powróćmy do wspomnianego wcześniej kurzu: czyszczenie i odtłuszczanie powierzchni tworzywa sztucznego z luźno przylegającego kurzu, oleju, smaru oraz środków oddzielających i procesowych za pomocą wody lub rozpuszczalników nie zmienia struktury powierzchni. Czyszczenie można przeprowadzać przez zanurzenie lub natryskiwanie. Odtłuszczanie odbywa się za pomocą rozpuszczalników organicznych lub poprzez wstępne suszenie w piecu. Wstępna obróbka mechaniczna poprzez szczotkowanie, szlifowanie lub piaskowanie zmienia chropowatość i wielkość powierzchni efektywnej dla wiązania. Równocześnie usuwane są luźno przylegające produkty reakcji, środki polerujące i poślizgowe oraz stabilizatory. Chemiczna obróbka wstępna odbywa się poprzez wytrawianie substancjami kwasowymi lub zasadowymi. Do tego mogą posłużyć:
- płyn podkładowy, który jest roztworem polipropylenu w rozpuszczalnikach organicznych. Po naniesieniu cienkiej warstwy i odparowaniu stwarza powierzchnię aktywną, zapewniając dostateczną przyczepność farb i klejów
- kąpiel w kwasie chromowym, czyli mieszaninie kwasu siarkowego (800 ml), wody destylowanej (460 ml) i dwuchromianu sodu (92 g). Przygotowywany przedmiot należy umieścić na kilka minut w podgrzanej kąpieli, następnie spłukać wodą i osuszyć sprężonym powietrzem
- metoda USM, która polega na zanurzeniu przedmiotu w roztworze 5% fenolu w chlorku metylenu. Po wysuszeniu przedmiot poddaje się działaniu światła UV (lampa rtęciowa o mocy ok. 100 W/cm) na czas kilku sekund. Parowanie fenolu powoduje powstanie swobodnych cząsteczek związanych z powierzchnią materiału. Wzrost napięcia powierzchniowego jest stopniowy i proces może trwać nawet tydzień. Musi to być uwzględnione w procesie produkcyjnym.
W wyniku tych procesów powstaje nowa strukturalna warstwa graniczna o znacznie większej polarności. Dzięki wstępnej obróbce chemicznej na mokro, np. z użyciem kwasu chromosiarkowego, można obrabiać elementy o dowolnej konstrukcji. Trzeba pamiętać, iż chemiczne sposoby przygotowania powierzchni przedmiotów z tworzyw stanowią znaczne zagrożenie dla obsługi i środowiska naturalnego.
Fizycznie
W fizycznych procesach obróbki powierzchniowej wykorzystuje się wysokoenergetyczne promieniowanie elektronowe, laserowe lub UV, albo procesy termiczne, takie jak obróbka płomieniowa, plazma elektryczna lub procesy koronowe. Podczas obrabiania tworzyw sztucznych za pomocą ognia, otwarty płomień jest prowadzony nad powierzchnią łączonej części w określonej odległości i z określoną prędkością. Płomień może być stosowany w sposób redukujący lub utleniający, w zależności od rodzaju tworzywa, które ma być poddane obróbce. Dzięki temu powierzchnia elementu jest bardziej energiczna i łatwiejsza do łączenia. Poprzez dodanie substancji chemicznie reaktywnych można jeszcze bardziej wpłynąć na powierzchnię.
Stacja Corona VE2C - system do aktywacji dwustronnej zamontowany na maszynie Reifenhauser
