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.
groupe réactif
Oxygène
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 mois. Le 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.
Le rayonnement UV
Polymère de carbone
Oxygène
Hydrogène
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.
FAQ Questions fréquemment posées
Quelles surfaces peuvent être activées dans des installations plasma à basse pression ?
L'installation plasma basse pression de Diener electronic permet d'activer les surfaces suivantes : plastiques, métaux, verres, céramiques et textiles.
Combien de temps les pièces activées peuvent-elles être stockées avant leur transformation ultérieure ?
La durée de stockage des composants dépend du temps d'activation et du matériau, et varie de quelques minutes à plusieurs mois. C'est pourquoi il est souvent nécessaire de réaliser des essais sur site.
Métaux, céramiques, verre et élastomères : quelques heures
; plastiques (à l'exception des élastomères) : plusieurs jours, semaines, mois
Comment faut-il stocker les pièces traitées ?
Après le traitement au plasma, il est recommandé de ne pas stocker les pièces à l'air libre, car elles attirent la poussière, les contaminants organiques et l'humidité.
Les pièces emballées sous film ont une durée de conservation nettement plus longue que celles stockées à l'air libre.
Les pièces traitées chez nous dans le cadre d’un traitement à façon sont emballées en étroite concertation avec le client, par exemple dans des sachets en PE certifiés sans silicone, des emballages ESD ou du matériel d’emballage spécifique au client qui nous est fourni.
Quels sont les principaux avantages de l'activation par plasma à pression atmosphérique ?
La technologie PlasmaBeam est adaptée aux processus en ligne, par exemple pour l'activation par plasma de profilés en caoutchouc sans fin ou de tuyaux avant l'impression, le collage, le flocage ou la peinture.
Cette technologie est compatible avec les robots, ce qui signifie que les surfaces en 2 ou 3 dimensions peuvent être balayées par le faisceau de plasma à l’aide de robots.
PlasmaBeam permet une activation locale de la surface sans masquage : le reste de la surface n'est pas affecté.
Comment peut-on mesurer l'activation du plasma ?
Angle de contact / Angle
de bord L'angle de contact est l'angle formé, lorsqu'on observe la projection de la goutte posée sur le solide, par la tangente au contour de la goutte et la surface du solide au point triphasique. Selon la définition physique, une surface présentant un angle de contact inférieur à 90° est hydrophile (mouillable), tandis qu’une surface présentant un angle de contact supérieur à 90° est hydrophobe (non mouillable). Le traitement par plasma permet de modifier l’angle de contact (en l’augmentant ou en le réduisant). Un procédé plasma adapté ou l’application d’un revêtement approprié dans le cadre d’un procédé plasma permettent de transformer des surfaces hydrophiles en surfaces hydrophobes (et inversement, grâce à des couches hydrophiles).
Encres d'essai de Diener electronic
– Outils de mesure pour l'évaluation de l'énergie de surface : Si l’encre de test se rétracte après application sur la surface, l’énergie de surface du solide est inférieure à celle de l’encre ; si le mouillage est maintenu, l’énergie de surface du solide est égale ou supérieure à celle du liquide. L’utilisation de séries d’encres d’essai présentant des énergies de surface graduées permet ainsi de déterminer la tension superficielle totale d’un solide. Cette méthode ne permet toutefois pas de déterminer les composantes polaires et non polaires de l’énergie de surface.
Essai de quadrillage
Pour vérifier l’adhérence des revêtements de peinture, on réalise un essai de quadrillage (normes : DIN EN ISO 2409 et ASTM D3369-02). Après l’application de la peinture, la couche de peinture de la pièce en plastique est entaillée en forme de quadrillage. Ensuite, un ruban adhésif normalisé est collé sur le quadrillage, pressé fermement, puis retiré d’un coup sec. Si de la peinture reste collée au ruban adhésif, l’adhérence de la peinture est insuffisante. Le test de la grille permet ainsi de déterminer la résistance à l’adhérence des couches de peinture sur les pièces en plastique.
