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等離子表面處理提高交聯(lián)聚乙烯絕緣線芯表面印字的清晰牢固度

文章出處:等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間:2023-06-27
本文分析了交聯(lián)聚乙烯(XLPE)材料印字困難的原因。通過對(duì)等離子表面處理機(jī)處理過樣品的測(cè)試,證明了等離子技術(shù)可以活化交聯(lián)聚乙烯線芯表面,提高印字效果。經(jīng)過等離子處理設(shè)備處理過的絕緣線芯表面印字清晰、牢固。
 
線纜行業(yè)一般采用樹脂型油墨,其成份主要由溶劑、顏料、膠粘劑、樹脂、填充劑、稀釋劑及各種添加劑等組成。絕緣線芯表面印字是否牢固主要通過以下三個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行判定:一是油墨附著力,印字牢固主要在于油墨與交聯(lián)聚乙烯(XLPE)之間的親和性,這就要求油墨表面附著力必須達(dá)到48dyn/cm以上才能保證印字不脫落;二是耐磨性和抗刮性,這是線芯在受到各種外力影響而保證印字不失真所必須達(dá)到的;三是干燥與抗粘連性,這是由于印字方式采用以溶劑揮發(fā)干燥方式實(shí)現(xiàn)的,只有做到印字的充分干燥才能保證印字不模糊不粘連。

XLPE絕緣線芯表面非常光滑,即使采用進(jìn)口的聚乙烯(PE)專用油墨印字效果也不理想而且成本較高。因此XLPE絕緣線芯的表面印字一直是最令人頭痛的問題,如何采用一種高效簡(jiǎn)便的方法解決這一問題是本次討論的重點(diǎn)。


印字困難的原因


非極性的分子結(jié)構(gòu)
XLPE是一種只含有碳和氫兩種元素的高分子聚合物,其通式可用(—CH2—CH2—)n表示。XLPE分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱排列緊密,不含有極性基團(tuán),是一種非極性材料。油墨中的膠粘劑吸附在其表面,只能形成較弱的色散力,而缺少取向力和誘導(dǎo)力,因而黏附性性能較差。

表面能低
任何材料表面與膠粘劑之間形成粘接狀態(tài)的基本條件是必須形成熱力學(xué)的黏附狀態(tài)。它取決于材料表面與膠粘劑之間的潤(rùn)濕程度(接觸角)、被粘材料表面張力、膠粘劑表面張力及被粘材料與膠粘劑間的表張力。
難粘塑料的表面能比較低,因而其潤(rùn)濕能力比較差。XLPE的表面能比較低,其對(duì)水的接觸角為88°;臨界表面張力31dyn/cm;粘著能75dyn/cm,因此其潤(rùn)濕能力較差,油墨的附著力小印字困難。聚氯乙烯(PVC)表面張力為39dyn/cm,因此其潤(rùn)濕能力較好,油墨的附著力好。

存在弱的邊界層
XLPE塑料除了結(jié)構(gòu)上的原因外,還在于材料表面存在弱的邊界層。這種弱的邊界層來自聚合物本身的低分子成份,聚合加工過程中所加入的各種助劑,以及加工儲(chǔ)運(yùn)過程中所帶入的雜質(zhì)等。這類小分子物質(zhì)極容易析出,匯集于塑料表面,形成強(qiáng)度很低的薄弱界面層,這種弱邊界層的存在大大降低了塑料的粘接強(qiáng)度。

印字問題的解決途徑提高XLPE的印字效果主要通過對(duì)材料表面進(jìn)行處理和研究開發(fā)新型油墨來實(shí)現(xiàn)。開發(fā)出一種新型的油墨不是一朝一夕就能解決的問題,而對(duì)材料表面處理還是簡(jiǎn)單可行的。其中對(duì)XLPE塑料表面進(jìn)行處理主要有以下四種途徑:一是在XLPE塑料表面的分子鏈上導(dǎo)入極性基團(tuán);二是提高XLPE的表面能;三是提高XLPE線芯表面粗糙度;四是降低消除絕緣線芯表面的弱界面層。

等離子體處理法比較適用于線纜行業(yè)。等離子技術(shù)是近年來發(fā)展較快的表面處理方法,下面對(duì)其工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。


等離子的特征


等離子體是由電子、正離子和中子(包括不帶電的粒子,如原子、分子、原子團(tuán)等)所組成。對(duì)外界呈電中性的電離氣體。等離子體被稱為除固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)外,物質(zhì)存在的第四態(tài)。實(shí)際上,在熱力學(xué)溫度不為零的任何氣體中,都有一定量的原子會(huì)發(fā)生電離。但只有當(dāng)大量的原子發(fā)生電離,其帶電粒子密度足夠大時(shí),才會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生明顯影響。

等離子表面處理的原理

常壓等離子體是常壓放電(輝光、電暈、高頻和微波等)產(chǎn)生的電離氣體。在電場(chǎng)作用下,氣體中的自由電子從電場(chǎng)獲得能量成為高能量電子。這些高能量電子與氣體中的分子、原子碰撞。如果電子的能量大于分子或原子的激發(fā)能,就會(huì)產(chǎn)生激發(fā)分子或激發(fā)原子自由基、離子和具有不同能量的輻射線。常壓等離子體中的活性粒子具有的能量一般都接近或超過C—C鍵或其它含有C鍵的鍵能,通過離子轟擊或注入聚合物的表面,產(chǎn)生斷鍵或引入官能團(tuán),使表面活性化以達(dá)到改性的目的。

(1)增加表面粗糙度。在等離子體的作用下材料表面的一些化學(xué)鍵發(fā)生斷裂,形成小分子產(chǎn)物或被氧化成CO或CO2等,這些產(chǎn)物被壓縮空氣帶走,使材料表面變得凹凸不平,粗糙度增加。

(2)使材料表面活化。在等離子體作用下,材料表面出現(xiàn)部分活性原子、自由基和不飽和鍵,這些活性基團(tuán)與等離子體中的活性粒子接觸會(huì)反應(yīng)生成新的活性基團(tuán)。但是,帶有活性基團(tuán)的材料會(huì)受到氧的作用或分子鏈運(yùn)動(dòng)的影響,使表面活性基團(tuán)消失,因此經(jīng)等離子處理的材料表面活性具有一定的時(shí)效性。

(3)材料表面發(fā)生接枝反應(yīng)。在等離子體對(duì)材料表面改性中,由于等離子體中活性粒子對(duì)表面分子的作用,使表面分子鏈斷裂產(chǎn)生新的自由基、雙鍵等活性基團(tuán),隨之發(fā)生表面交聯(lián)、接枝等反應(yīng)。這一結(jié)果通過電子顯微鏡掃描觀察到。

(4)不改變材料性能。經(jīng)等離子處理的材料改性僅發(fā)生在材料表層(10-10~10-6m之間),不影響基材固有性能,且處理均勻。


等離子處理試驗(yàn)測(cè)試

測(cè)試設(shè)備NE-ATD03直噴等離子表面處理機(jī),技術(shù)參數(shù)如下:

基本參數(shù) 直噴等離子表面處理機(jī)
處理寬度 /mm 0-10mm
處理速度 / ( m/min ) 0-200
有效處理距離 /mm 3-15
處理功率(W) 300-1000
直噴等離子表面處理機(jī)
NE-ATD03直噴等離子表面處理機(jī)

對(duì)等離子處理后的絕緣線芯按DINISO8296標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行了表面張力測(cè)試,測(cè)得材料表面張力為42~48dyn/cm;按GB/T6995標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求對(duì)印字進(jìn)行擦拭試驗(yàn),經(jīng)過20次擦拭后字跡仍然清晰可見。處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比情況見圖1、圖2。
 圖 1 絕緣線芯處理前后的表面張力
圖 1 絕緣線芯等離子處理前后的表面張力
圖 2 等離子處理前后印字擦拭次數(shù)
圖 2 等離子處理前后印字擦拭次數(shù)

等離子表面處理技術(shù)能夠活化XLPE表面,提高印字效果,其具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)改性僅發(fā)生在材料表面層,不影響材料固有性能,且處理均勻性好;(2)處理時(shí)間短,溫度低,適用于快速的連續(xù)化生產(chǎn)線;(3)工藝簡(jiǎn)單,操作方便。
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