Attivazione con il plasma

Per un migliore risultato di verniciatura, incollaggio, stampa o bonding

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Una buona bagnabilità della superficie è un prerequisito per l'adesione delle parti leganti nel processo di verniciatura, incollaggio, stampa o bonding. La bagnatura non è ostacolata soltanto dallo sporco contenente olio e grasso; anche la superficie pulita di molti materiali, infatti, non viene bagnata a sufficienza a contatto con molti liquidi, adesivi e vernici. Il liquido scorre via e non aderisce alla superficie neppure dopo l'indurimento o l'asciugatura.

La causa è una bassa energia superficiale del substrato. Le sostanze a bassa energia superficiale impregnano quelle ad alta energia superficiale, ma non viceversa. L'energia superficiale del liquido applicato, denominata anche tensione superficiale nel caso dei liquidi, deve quindi essere sempre inferiore a quella del substrato.

Attivazione delle materie plastiche

Le materie plastiche come il polipropilene o il PTFE hanno una struttura propria di tipo apolare . Ciò significa che questo tipo di materie plastiche deve essere sottoposto a trattamento preliminare prima della stampa, della verniciatura e dell'incollaggio . Lo stesso vale per il vetro e la ceramica. L'energia superficiale viene aumentata attivandoli. Questo crea punti di deposito del liquido applicato.

L'attivazione avviene tradizionalmente con primer chimici e agenti adesivizzanti liquidi. Si tratta spesso di sostanze molto corrosive e dannose per l'ambiente. Da un lato occorre provvedere ad una sufficiente aerazione prima dell'ulteriore lavorazione e dall'altro si tratta spesso di materiali non attivi a lungo. I materiali apolari, come le poliolefine, non vengono sufficientemente attivati neppure da primer chimici.

Attivando in plasma ad aria o in ossigeno, i legami di idrogeno apolari dei polimeri della plastica vengono sostituiti da legami di ossigeno. In questo modo si possono fornire elettroni di valenza liberi per legare le molecole liquide.

Mediante l'attivazione al plasma a bassa pressione o a pressione atmosferica, anche le plastiche "non adesive" come POM, PE e PP possono essere incollate o verniciate in modo ottimale. L'energia superficiale desiderata può essere impostata in modo molto preciso per evitare la sovra-attivazione, che causerebbe l'acidatura.

Nel plasma a bassa pressione si possono utilizzare gas diversi oltre all'aria e all'ossigenoche, in sostituzione dell'ossigeno, consentono di accumulare gruppi reattivi come azoto (N2), ammine (NHx) o gruppi carbossilici (-COOH).

I pezzi restano attivi per alcuni minuti o per diversi mesi . Il polipropilene può essere processato ulteriormente a distanza di molte settimane dal trattamento. Tuttavia, si consiglia di non conservare i pezzi all'aperto in quanto soggetti a polvere, contaminazione organica e umidità.

 L'attivazione può essere dimostrata in modo efficace immergendo un pezzo trattato e un pezzo non trattato in acqua (soluzione polare) . Sul pezzo non trattato  si formano come di consueto delle gocce. Il pezzo trattato viene inumidito  completamentedall’acqua.

Attivazione di metalli, ceramica e vetro

Di solito i metalli, la ceramica e il vetro hanno una maggiore energia superficiale rispetto alla plastica. Tuttavia, esistono anche applicazioni con questi materiali in cui una attivazione al plasma presenta dei vantaggi. Anche la tensione superficiale delle leghe di saldatura è elevata ed esse tendono a scorrere via su molte superfici metalliche. Pertanto, l'attivazione al plasma dei metalli può contribuire a migliorare anche la bagnatura in fase di saldatura.

Occorre sottolineare che l'attivazione dei metalli è molto instabile e quindi di breve durata. In caso di attivazione del metallo, esso deve essere ulteriormente lavorato (incollato, verniciato, ecc.) entro pochi minuti o ore  poiché le superfici si legano rapidamente e permanentemente con le impurità dell'aria ambiente.
È opportuno attivare il metallo prima di processi come la saldatura o il bonding.

Attivazione della polvere di plasma

Attivazione della polvere UHMWPE (peso molecolare ultraelevato)

Per molte applicazioni viene utilizzata la polvere di polietilene UHMW idrofilo come opzione innovativa. Può essere utilizzato come additivo della gomma, con conseguente maggiore resistenza allo lacerazione. È inoltre possibile utilizzare la polvere di PE idrofilo per aumentare la forza adesiva tra metallo plastica  . Questo processo di idrofilizzazione è reso possibile dal trattamento al plasma a bassa pressione . I parametri di trattamento dipendono sostanzialmente dalla dimensione delle particelle di polvere. Il tempo di trattamento al plasma può variare da 5 minuti a molte ore. Con questo metodo di trattamento si esclude il danneggiamento termico della polvere, poiché la temperatura del processo rimane costantemente  bassa .  Non vengono alterate neppure le proprietà di base della polvere, come la temperatura di fusione, il grado di cristallinità e la massa molare. I numerosi   parametri di processo variabili consentono di ottenere molteplici   proprietà di rivestimento .

Applicazioni

  • Additivo nelle vernici (vernici lubrificanti)
  • Disinfezione / riduzione dei germi in sementi, spezie
  • Riduzione al minimo dell'attrito di scorrimento tramite l'aggiunta di polvere di PTFE trattato
  • Produzione di scatole di plastica riempite con schiuma PUR, per favorirne l’adesione
  • Attivazione e acidatura della fibra
  • Attivazione e acidatura del granulato di materie plastiche

 

UHMWPE

UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) è un polietilene con un peso molecolare molto elevato. Il polietilene può essere considerato la plastica con la struttura più semplice: una catena di atomi di carbonio, affiancati unicamente da idrogeno. Se la catena è molto lunga, il materiale prende il nome di UHMWPE.

Domande frequenti

Come si può testare la qualità dell'attivazione?

La qualità dell'attivazione può essere testata in modo rapido e semplice con due metodi diversi: 

misurazione dell'angolo di contatto 

Con questo metodo si misura l'angolo di connessione di una goccia d'acqua con la superficie  attivata.  Migliore è l'attivazione, più piatta è la goccia d'acqua in superficie. Questo metodo, tuttavia, viene usato di rado , perché lo strumento di misura è piuttosto costoso e generalmente non è possibile effettuare la misura immediatamente in loco. Con la maggior parte degli strumenti di misura dell'angolo di connessione,  i pezzi di forma grande o complessa non possono essere misurati quasi mai senza essere tagliati.

Inchiostri di prova  

In base al funzionamento degli inchiostri di prova, è possibile associare una determinata energia superficiale ai prodotti trattati. L'unità di misura è mN/m [precedentemente: dyn/cm]. L'acqua ha un'energia superficiale di 72,6 mN/m. Gli inchiostri di prova sono disponibili in una gamma da 28 – 105 mN/m in 10 livelli.

Come si esegue il test della griglia? (plasma a bassa pressione)

In caso di tempi lunghi di processo (> ca. 15 minuti) e di gas opportunamente selezionati, le superfici non vengono solamente attivatema anche incise. Con questo processo, le superfici diventano ruvide e opache. Le superfici acidate permettono di ottenere le massime forze adesive . Le verniciature vengono normalmente testate con il cosiddetto test della griglia (norme: DIN EN ISO 2409 ed ASTM D3369-02). A tale scopo, il materiale plastico viene verniciato e successivamente intagliato a reticolo (trasversalmente) con il tester . In seguito, viene incollato e staccato a strappo il nastro adesivo specificato nelle norme. Se sul nastro adesivo rimangono dei residuidi vernice, l'adesione è insufficiente. Le singole gradazioni sono descritte nelle norme.

Quanto è ampia la traccia di attivazione per il trattamento con PlasmaBeam e PlasmaAPC 500? (plasma a pressione atmosferica)

La tecnologia PlasmaBeam può garantire una larghezza di trattamento di ca. 8-12 mm con uso di aria compressa come gas di processo. L'uso di azoto puro (N2) o di ossigeno puro (O2) contribuisce ad aumentare la larghezza di trattamento

 L’ampiezza di trattamento di PlasmaAPC 500 è di ca. 60 mm. Tuttavia, il trattamento è molto meno omogeneo rispetto al PlasmaBeam o al plasma a bassa pressione. Un trattamento ripetuto  aumenta  l'omogeneità del trattamento. 

La larghezza del trattamento dipende in larga misura dalla velocità .

Quanto è esteso il trattamento con PlasmaBeam? (plasma a pressione atmosferica)

L’ampiezza di trattamento di un ugello è di circa 8-12 mm. Tuttavia occorre controllare previamente la larghezza di pulizia per ogni applicazione  (ad es. mediante misurazione dell'angolo di contatto).

Se si utilizza   ossigeno puro (O2) o azoto (N2), la larghezza di trattamento aumenta lievemente.

Qual è la velocità del trattamento? (plasma a pressione atmosferica)

PlasmaBeam: la velocità di trattamento varia da pochi cm al minuto per l'attivazione di ceramica o metalli a pochi metri al secondo per l'attivazione di materie plastiche (ad esempio attivazione di scatole pieghevoli prima dell'incollaggio). 

PlasmaAPC 500: la velocità massima è di ca. 100 – 150 mm/s. Un ulteriore aumento della velocità comporta un trattamento non uniforme della superficie.

Durante l'attivazione al plasma si producono gas di scarico? (plasma a pressione atmosferica)

L'attivazione al plasma comporta principalmente l’emissione di ossidi di azoto (NONO2), che devono essere evacuati dal posto di lavoro. 

PlasmaAPC 500: in questo caso si prevede la formazione di ozono (O3) .

Quali supporti sono necessari per l'installazione di PlasmaBeam o PlasmaAPC 500? (plasma a pressione atmosferica)

  • Aria compressa secca e senza olio - circa 2.000 NL/h.
  • Alimentazione elettrica a 230 V/6A
  • Aspirazione degli ossidi di azoto

Durante il collaudo dei dispositivi, si può  omettere l'aspirazione. La durata massima di esercizio senza aspirazione non deve superare pochi minuti all'ora.

L’ambiente di lavoro deve essere ventilato  con frequenza e a fondo .

Dove si usa solitamente l'attivazione al plasma a pressione atmosferica? (plasma a pressione atmosferica)

Questa tecnica è particolarmente indicata per i seguenti processi: 

  • Attivazione locale al plasma della plastica prima dell'incollaggio
  • Attivazione al plasma di elastomeri prima dell'incollaggio, del floccaggio, della stampa (ad es. profili in gomma nel settore automobilistico).
  • Attivazione locale al plasma di superfici metalliche e ceramiche prima dell'incollaggio o del bonding.

PlasmaAPC 500 è particolarmente indicato per il trattamento di pezzi in plastica prima della stampa a tampone direttamente nelle tampografie .

Quali sono i principali vantaggi dell’attivazione con plasma a pressione atmosferica? (plasma a pressione atmosferica)

La tecnologia PlasmaBeam è applicabile per processi in linea , ad es. attivazione al plasma di profilati continui in gomma e tubi flessibili prima della stampa, dell’incollaggio, del floccaggio o della verniciatura.

Questa tecnica è adatta a essere utilizzata per i robot, per cui le superfici a 2 o 3 dimensioni possono essere scansionate con il fascio di plasma usando i robot.

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