Предварительная обработка полимерной пленки, металлической фольги и картона коронным разрядом или пламенем

Введение

         В большинстве случаев технические поверхности плохо смачиваются и имеют низкое поверхностное натяжение. Причиной тому, прежде всего, являются свойства материала, напр., полимерной поверхности. В процессе производства или обработки поверхности могут загрязняться. Перед печатью поверхности подготавливаются (предварительно обрабатываются) для обеспечения хорошей адгезии. Кроме праймеров (предварительная химическая обработка) очень часто применяются физические методы, такие как обработка коронным разрядом, плазмой или пламенем.

         Преимущество этих методов по сравнению с предварительной химической обработкой заключается в простой интеграции в существующие машины и очень хороших показателях адгезии. Кроме этого, не образуются отходы, утилизация которых требует больших расходов. Ниже описываются отдельные методы и рассматриваются случаи их применения.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПЛЕНОК КОРОННЫМ РАЗРЯДОМ

          Установка для предварительной обработки коронным разрядом состоит из высоковольтного электрода и заземленного противоположного электрода, между которыми возникает разряд. Одна из двух электродных систем дополнительно покрыта диэлектриком. В зоне разряда возникает плазма, которая активирует поверхность. Поверхностное натяжение, которое является критерием активации, увеличивается. Противоположный электрод представляет собой вал, над которым находится высоковольтный электрод.

          Необходимая электрическая мощность и количество высоковольтных электродов зависит от скорости машины, вида материала и толщины пленки.  Для материалов, которые не проводят электрический ток, можно использовать эффективные голые электроды. Покрытые электроды и голые противоположные электроды необходимо использовать вместе с электропроводящими пленками. Для двухсторонней предварительной обработки необходимо использовать два устройства для коронирования.

 Как правило, мощность аппаратов для обработки коронным разрядом необходимо определять с помощью испытаний. Для лабораторного испытания можно использовать ручной прибор с помощью которого можно предварительно обработать образец формата А4. Полученное поверхностное натяжение можно быстро измерить с помощью тестовых чернил.

 Стандартные установки мощностью 3 кВт могут обработать пленки с рабочей шириной прибл. 1 м, которые движутся со скоростью более 100 м/мин. Для более высоких скоростей и большей рабочей ширины требуются установки более высокой мощности. Озон, возникающий в результате разряда, необходимо отсосать. Имеются специальные формы электродов, напр., тросовые электроды, регулируемые по рабочей ширине, или цилиндрические электроды для предварительной обработки листов.

Предварительная обработка пленок пламенем

          Кроме обработки коронным разрядом полимерная пленка и металлическая фольга подвергаются обработке пламенем для улучшения адгезии, а в случае картона с покрытием – для последующей печати. Преимущество такого метода обработки по сравнению с обработкой коронным разрядом заключается в лучшей долговременной стабильности предварительной обработки. Кроме этого, обратная сторона пленки не обрабатывается. Толщина пленки не имеет значения.

          Во время обработки пламенем из-за высоких температур сгорания возникает термически активированная плазма. В качестве горючих газов используются, в основном, природный газ, пропан или бутан. Соответствующее управление процессом горения позволяет ввести несгоревший кислород в поверхность и тем самым увеличить поверхностное натяжение. Кроме этого сгорают тонкие загрязненные слои. К тому же обработка пламенем оказывает чистящее действие (тонкая очистка).

           Устройство для обработки пленки пламенем состоит из горелки (с водяным охлаждением), которая выпускает пламя на охлаждаемый вал (с поддержанием постоянной температуры), по которому двигается пленка. Горячие отработавшие газы пламени можно еще отсосать. Такая конструкция позволяет обрабатывать пламенем даже тонкие пленки. Однако, в зависимости от толщины пленки, скорость не должна опускаться ниже своего минимального предела. Регулирование температуры, зависящее от скорости, позволяет дополнительно снизить минимальную скорость. Кроме того, в случае остановки машины копье для выдувания будет сдувать пламя с пленки. В случае подачи пленок разной ширины можно отрегулировать ширину пламени посредством заслонки. Горелки длиной более 10 м есть в наличии.  

           Для толстых листов, напр., картона, охлаждаемый вал не нужен. В данном случае горелка обрабатывает пламенем материал между двумя направляющими валами. Высокая скорость машины ограничивает передачу тепла в пленку.  В некоторых случаях нагревание поверхности выгодно для последующего применения.

           Для получения оптимального результата предварительной обработки необходимо проанализировать такие важные параметры обработки пламенем, как скорость, мощность горелки, расстояние, соотношение компонентов газовоздушной смеси. Эти параметры можно определить с помощью испытаний. Существует набор параметров, который обеспечивает максимальную адгезию (или максимальное поверхностное натяжение). Однако следует учесть, что слишком высокая мощность горелки может иметь противоположные последствия: поверхностное натяжение снова уменьшится.

           Для специальных случаев применения можно также добавлять примеси в пламя. Так добавление в пламя незначительного количества силана улучшит адгезию. В результате его сгорания на поверхности образовывается очень тонкий, невидимый слой силиката (SiOx) с очень хорошими адгезионными свойствами, особенно, учитывая влагостойкость и защиту от коррозии, которую обеспечивает металлическая фольга. Поверхностное натяжение можно увеличить посредством повышения концентрации кислорода в газовоздушной смеси.

СРАВНЕНИЕ ОБРАБОТКИ КОРОННЫМ РАЗРЯДОМ И ОБРАБОТКИ ПЛАМЕНЕМ

           Основные области применения предварительной обработки коронным разрядом – это пленки и тонкие пластины, которые позволяют простое размещение высоковольтного и противоположного электрода. Хорошая и эффективная обработка пленок, которые не проводят электрический ток, голыми металлическими электродами подходит для печати или склеивания. Электропроводящие пленки нуждаются в голых противоположных электродах.

           Области применения обработки пламенем – это трехмерные большие формованные изделия, такие как амортизаторы, панель приборов в автомобильной промышленности. Однако обработка пламенем также применяется для пленок. Преимущество этого метода обработки заключается в лучшей долговременной стабильности предварительной обработки, а также в том, что обратная сторона пленки не обрабатывается. Даже в случае большей рабочей ширины и большей скорости обработка пламенем может быть выгодней.

           Аппараты для плазменной обработки могут также обеспечить эффективную предварительную обработку. Поскольку диаметр сопла составляет всего лишь прим. 10 мм, они используются, главным образом, при маленькой рабочей ширине или когда нужно предварительно обработать узкие полосы.