Activation au plasma

Pour mieux peindre, coller, imprimer ou lier

Demande

 

Une bonne mouillabilité de la surface constitue la condition préalable à l'adhérence d'éléments lors de l'application de peintures, colles, de l'impression ou du bonding. Le mouillage n'est pas seulement empêché par des salissures contenant de l'huile et de la graisse, mais la surface propre de nombreux matériaux ne peut pas être suffisamment mouillée par de nombreux liquides, colles et peintures. Le liquide forme des gouttes. Il n'adhère pas à la surface même après durcissement ou séchage.

Une faible énergie de surface du substrat en est la cause. Les substances à faible énergie de surface mouillent celles ayant une énergie de surface élevée, mais pas inversement. L'énergie de surface du liquide appliqué, également appelée tension superficielle dans le cas des liquides, doit donc toujours être inférieure à celle du substrat.

Activation de plastiques

Des matières plastiques telles p. ex. que le polypropylène ou le PTFE ont une structure non polaire.  Cela signifie qu'elles doivent être prétraitées avant l'impression, l'application de peinture et le collage.  De même pour le verre et la céramique. L'énergie surfacique augmente lorsque la surface est activée. Des points de fixation sont ainsi créés pour le liquide appliqué.

L'activation s'effectue traditionnellement avec des primaires chimiques, des agents d'adhérence liquide. Ils sont souvent très corrosifs et nocifs pour l'environnement. D'une part, ils doivent être suffisamment évaporés avant la suite du traitement et, d'autre part, ils ne restent souvent pas longtemps actifs. Les matériaux non polaires tels que les polyoléfines ne sont pas suffisamment activés par les primaires chimiques.

Lorsqu'elles sont activées dans le plasma d'air ou d'oxygène, les liaisons d'hydrogène non polaires des polymères plastiques sont remplacées par des liaisons d'oxygène. Ces dernières peuvent fournir des électrons de valence libres pour lier les molécules liquides.

Grâce à l'activation par plasma sous basse pression ou pression atmosphérique, même les plastiques « non-adhésifs » tels que POM, PE et PP peuvent être très bien collés ou peints. L'énergie de surface souhaitée peut être réglée avec une grande précision afin d'éviter la suractivation qui conduit à la gravure.

Outre l'air et l'oxygène, d'autres gaz peuvent être utilisés dans le plasma basse pression pour ajouter par exemple de l'azote (N2), des amine (NHx) ou des groupes carboxyle (-COOH) en tant que groupes réactifs au lieu de l'oxygène.

Les pièces restent activées entre quelques minutes et quelques moisLe polypropylène peut être encore traité pendant plusieurs semaines après le traitement. À l'issue du traitement au plasma, il est recommandé de ne pas laisser les pièces à l'air libre , car elles attirent la poussière, la contamination organique et l'humidité.

L'activation peut être démontrée de manière impressionnante en plongeant une pièce traitée et une non traitée (solution polaire) dans de l'eau. Des gouttes se forment comme d'habitude sur la pièce non traitée. Quant à la pièce traitée, elle est intégralement mouillée d'eau.

Activation de métaux, céramique et verres

Les métaux, céramiques et verres ont généralement une énergie de surface plus élevée que les plastiques. Néanmoins, il existe également des applications avec ces matériaux où une activation par plasma crée des avantages. La tension superficielle d'alliages de soudure est également élevée et cela les fait perler sur de nombreuses surfaces métalliques. C'est la raison pour laquelle l'activation de métaux par plasma peut également améliorer le mouillage pendant le brasage.

Cependant, l'activation de métaux est très instable et donc de courte durée.  Si du métal est activé, il doit être traité (collé, peint...) en l'espace de  quelques minutes ou  quelques heures, car les surfaces se lient rapidement et durablement aux contaminations de l'air ambiant.
Il est judicieux d'activer le métal avant des opérations telles que le brasage ou le bonding.

Activation de plasma en poudre

Activation de poudre UHMWPE (ultrahighmolecularweight)

La poudre de polyéthylène hydrophile UHMW constitue une possibilité innovante pour de nombreuses applications. Additionnée au caoutchouc, elle assure une résistance à la poursuite de déchirure plus élevée.  La poudre PE hydrophile permet en outre d'augmenter la force de liaison entre le métal et la matière plastique. Cette hydrophilisation est obtenue par un traitement au plasma en processus basse pression. Les paramètres du traitement dépendent fortement de la taille des particules de poudre. La durée du traitement au plasma peut réclamer entre 5 minutes et plusieurs heures. Un endommagement thermique de la poudre est exclu, vu que la température du processus reste en permanence  faible  pendant cette méthode de traitement.  De même, les caractéristiques de base de la poudre, telles p. ex. que la température de fusion, le degré de cristallinité et la masse moléculaire ne sont pas influencées. Vu la grande variété de paramètres de processus, il est possible d'obtenir une multitude de caractéristiques de couches.

Applications

  • Additif dans les peintures (vernis de glissement)
  • Désinfection / réduction des germes graines, épices
  • Minimiser le frottement dû au glissement en ajoutant de la poudre de PTFE traitée
  • Fabrication de boîtes en plastique remplies de mousse PUR, de façon à en assurer l'adhérence.
  • Activation, gravure de fibres
  • Granulés de plastique, activation, gravure

 

UHMWPE

UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polethylene) est un polyéthylène à très haut poids moléculaire. Le polyéthylène peut être considéré comme le plastique ayant la structure la plus simple : une chaîne d'atomes de carbone, seulement de l'hydrogène sur les côtés. Si cette chaîne est très longue, le matériau est appelé UHMWPE.

Questions fréquentes

Comment tester la qualité de l'activation ?

La qualité de l'activation peut être testée rapidement et facilement avec deux méthodes différentes : 

Mesure de l'angle de contact 

Cette méthode mesure l'angle du bord d'une goutte d'eau par rapport à la surface activée.  Plus l'activation est  bonne, plus la goutte d'eau est  plate à la surface. Cependant, cette méthode est rarement utilisée car l'instrument est relativement coûteux et la mesure ne peut généralement pas être faite immédiatement sur place. Les pièces grandes ou complexes, en particulier, ne peuvent pas être mesurées par la majorité des appareils de mesure d'angle de contact sans être coupées, ou ne peuvent l'être qu'à peine.

Encres de test  

Selon la réaction de ces encres d'essai, une certaine énergie de surface peut être affectée aux produits de traitement. L'unité s'exprime en mN/m[anciennement : dyn/cm]. L'eau a une énergie de surface de 72,6 mN/m. Les encres d'essai sont disponibles de 28 – 105 mN/m, en pas de 10.

Comment s'effectue le test de quadrillage ? (Plasma basse pression)

Pour de longues durées de processus (> 15 minutes environ) et des gaz sélectionnés en conséquence, les surfaces ne sont pas seulement activéesmais aussi gravées. Elles deviennent rugueuses et mates.  Les  forces d'adhérence les plus élevées sont obtenues avec des surfaces gravées.  Les travaux de peinture s'effectuent normalement à l'aide de ce qu'on appelle l'essai de quadrillage (normes : DIN EN ISO 2409 et ASTM D3369-02). Pour cela, la matière plastique est peinte, puis découpée sous forme de grille (en croix) à l'aide du dispositif de contrôle de quadrillage.  Ensuite, un ruban adhésif spécifié dans les normes est collé puis rapidement retiré. Si des morceaux de peinture restent collés sur le ruban adhésif, l'adhérence de la laque est insuffisante. Les graduations sont décrites dans les normes.

Quelle est la largeur de la trace d'activation pour le traitement avec PlasmaBeam et PlasmaAPC 500 ? (Plasma à pression atmosphérique)

La technique PlasmaBeam peut garantir une largeur de traitement d' environ 8-12 mm avec de l'air comprimé en tant que gaz de traitement. L'utilisation d'azote pur (N2) ou d'oxygène pur (O2) permet d'augmenter la largeur de traitement

La largeur de traitement de PlasmaAPC 500 est d'environ 60 mm. Cependant, le traitement est sensiblement moins homogène qu'avec PlasmaBeam ou le plasma basse pression. Un traitement multiple permet d'augmenter l'homogénéité du traitement. 

La largeur du traitement dépend fortement de la vitesse. 

Quelle est l'étendue du traitement au PlasmaBeam ? (Plasma à pression atmosphérique)

La largeur de traitement d'une buse est d'environ 8-12 mm. Cependant, la largeur de nettoyage doit être vérifiée au préalable pour chaque application (par ex. par mesure de l'angle de contact).

En cas d'utilisation d'oxygène pur (O2) ou d'azote (N2), la largeur de traitement est légèrement augmentée.

Quelle est la vitesse du traitement ) (Plasma à pression atmosphérique)

PlasmaBeam : la vitesse de traitement varie entre quelques cm par minute pour l'activation de céramiques ou métaux, et quelques mètres par seconde pour l'activation de matières plastiques (p. ex. activation d'une boîte pliante avant le collage). 

PlasmaAPC 500 : la vitesse maximale est d'environ 100 – 150 mm/s. Une augmentation de vitesse plus importante provoque un traitement irrégulier de la surface.

Des gaz d'échappement se produisent-ils lors de l'activation plasma ? (Plasma à pression atmosphérique)

Lors de l'activation plasma, ce sont essentiellement des oxydes d'azote (NONO2) qui doivent être évacués du poste de travail. 

PlasmaAPC 500 : il faut s'attendre ici à la formation d'ozone (O3) .

De quels médias a-t-on besoin pour l'installation du PlasmaBeam ou du PlasmaAPC 500 ? (Plasma à pression atmosphérique)

  • Air comprimé sec et exempt d'huile - env. 2.000 litres normalisés/h.
  • Raccord électrique 230 V/6A
  • Aspiration pour les oxydes d'azote

Pour tester des appareils, il est possible de renoncer à une aspiration. La durée maximale de fonctionnement sans aspiration ne doit pas s'élever à plus de quelques minutes par heure.

Le local de travail doit être fréquemment et soigneusement ventilé. 

Où utilise-t-on essentiellement l'activation plasma à pression atmosphérique ? (Plasma à pression atmosphérique)

Cette technique est tout à fait prédestinée aux processus suivants : 

  • Activation plasma locale de plastiques avant le collage
  • Activation plasma pour des élatomères avant le collage, le flocage, l'impression (p. ex. profilés en caoutchouc dans le secteur automobile)
  • Activation plasma locale de surfaces en métal et céramique avant le collage ou le bonding

Le PlasmaAPC 500 est idéal pour le traitement de pièces en plastiques pour la tampographie directement dans des machines de tampographie automatiques. 

Quels sont les avantages essentiels de l'activation au plama à pression atmosphérique ? (Plasma à pression atmosphérique)

La technique PlasmaBeam peut être utilisée pour des processus en ligne tels, p. ex., que l'activation plasma de profilés infinis en caoutchouc, flexibles avant l'impression, le collage, flocage ou l'application de peinture.

Cette technique étant compatible avec des robots, cela signifie que des surfaces à 2 ou 3 dimensions peuvent être balayées par des robots, à l'aide du jet de plasma.

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