工程塑料之表面改性技术

  在塑料等成形品表面上实施涂装或印刷等表面加工时,为了改善涂料、墨水与树脂之间的密合性,都会实施表面处理作业.尤其象Duracon(聚甲醛树脂)这类高结晶化、耐溶剂性的树脂,由于它的涂装或印刷性不是很好,故在加工时就需要此项工程了.
虽然有各种表面处理方法,但以下仅介绍适用于本公司产品的表面处理方法.

一.清洗溶剂(脱脂)
1.用有机溶剂清洗,可说是最普遍的表面处理方式.(有时则不含於表面处理工程)
一般而言,用射出成型等所成形的树脂制品的表面,会附着许多油脂或尘埃等,因此无法获得优美的表面.树脂表面油脂的由来有以下几种:
*来自於模具------防锈剂或脱模剂等
*来自於树脂------树脂内所调配的润滑剂或分解物的渗出
*来自於外界------成形後所附着的油脂、尘埃、异物
2.当这些异物附着於树脂表面後,涂料、墨水、黏合剂就无法顺利密合於成形品表面,而产生排拒的现象.在执行表面涂装或密合时,最好能执行清洗作业.
a.清洗溶剂例
异丙醇(IPA)
分子量:60.1,沸点:80
会溶解多种油脂或有机化合物.与甲醇或丙酮相较之下,需要多花点挥发时间.乾燥时,会因汽化热而结露珠,附着水份.
b.甲醇
分子量:32.0,沸点:64.8
以最简单的化学构造----酒精,溶解多种油脂或有机化合物.虽然在短时间内就可汽化、乾燥,但若没有充分清洗乾净,就会在酒精滴周围凝集已溶解的油脂等.
c.丙酮
分子量:58.1,沸点:56.2
会溶解多种油脂或树脂.虽然不会侵害到Duracon,Duranex,Fortron,但会溶解某些泛用塑胶或部份等级的Duranex.
此外,会因高发挥性、汽化热而结露珠,已溶解的污垢会浓缩成丙酮滴,经过汽化後就会产生凝结现象.
由於引火点低,使用时必须注意.
d.己烷
分子量:86.2,沸点:68.7
属於非极性溶剂,会溶解矽胶或石蜡等非极性化合物.被用於无法用酒精或丙酮等极性溶剂去除时之用.
虽然不会溶解高分子量的树脂,但具有膨润聚乙烯的作用.
e.醋酸乙基
分子量:88.1,沸点:76.7
会溶解油脂或树脂.由於也含有稀释剂成份,因此会溶解涂料.但不可混入水中.
f.甲苯
分子量:92.1,沸点:110.6
用来溶解油类,此外也含有稀释剂成份.由於蒸气属於可燃性,也具毒性,因此使用时需注意换气.
j.稀释剂　
属於有机溶剂的混和物,有各种成份种类与配方.能溶解多种油脂.
3.清洗时之注意事项
用於清洗之用的有机溶剂几乎都属於可燃性.由於沸点、引火点低而容易引火,因此必须注意换气、远离火源.
有机溶剂中含有许多带有毒性的物质.尤其是使用稀释剂或其成份时,会引起中毒.因此使用时请注意换气,并视其需要准备保护用具(防毒面罩等),以注意操作上的安全.
有机溶剂中也含有如同丙酮般可溶解某些树脂的溶解力.有部份等级的Duranex,会因强烈溶解力的有机溶剂而造成部份表面遭受侵蚀,因此需注意.
使用高挥发性溶剂时,会因汽化热而冷却成形品表面,残留溶於溶剂的水份,而造成成形品结露珠的现象.由於水份也是阻碍黏接性、涂装、印刷性的主因,因此清洗过後要彻底乾燥.
要防止结露珠的有效乾燥方法则有,喷雾乾燥氮气等方式.
用蒸发速度快的溶剂清洗时,若清洗溶剂遭受污染、清洗的不够充分时,污垢就会浓缩在成形品表面上所附着的液滴上,当溶剂汽化後就会残留析出物,因此必须随时保持清洗溶剂的清洁,乾燥时必须沥乾水滴.
4.利用超音波清洗装置
为了有效执行清洗作业,有时也会用到超音波清洗装置.
5.注意渗出配方剂的现象
由厂商所出货的合成树脂,有时会为了稳定或提�N塑胶性质、容易成形,而调配各类成份.虽然刚成形後会呈现出优美的工程塑料树脂表面,不过在保管时会因成形品内部所渗出的配方剂成份而遭受污染.若长期保管於在高温状态下,就会因这种渗出现象而损害了成形品的黏接性与印刷性.

二.电晕放电处理
电晕放电处理是对设置於空气中的电极间施加高频、高电压,让发生的电子冲突树脂表面,以便於在树脂表面上形成活性基,提高黏接力的手法.在印刷、涂装领域上,则用作聚烯树脂(聚丙烯或聚乙烯等)或聚缩醛树脂、氟树脂表面改性方法的前置处理之用.

执行电晕放电处理时的注意事项
由於电晕放电处理是施加高电压,因此需注意触电问题.
处理树脂时,电子会集中在尖锐的部份或靠近电极的部份,此时会因过剩的能源焚烧树脂,严重时甚至会引起火灾.
有时导电性高的树脂或插入金属的成形品,也会发生这种现象.
若属上述情况时,就必须在电极形状下多下点功夫,或调整输出与处理时间.
在执行电晕放电处理时,会发生二次性臭氧.由於臭氧有毒性,因此需利用付滤网的换气装置以去除臭氧.
执行电晕放电处理时所产生的光含有紫外线,因此请勿长时间凝视.

由于表面采用薄膜亲水处理是一种比较陈旧的表面处理方法,它是利用高压电极间产生电晕放电对表面进行处理.

三.短波长紫外线(UV)照射处理

短波长紫外线(UV)照射处理,是照射250～180nm波长或低於此波长范围的高能源紫外线,以便於活化成形品表面,分解表面污垢.
尤其是,若属可同时照射波长184.9nm与253.7nm紫外线的装置时,则可从氧气中生成臭氧或活性氧,以强力的氧化作用,有效活化树脂表面.

短波长紫外线(UV)照射处理的特徵
由於是在大气中发挥特性,而且设备构造也较为简单,因此成本低廉、容易搭配生产线.
由於几乎不因为热源而被消耗的波长光,因此鲜少会因热而损害到成形品.
在短时间内(30～200秒左右),就可获得表面活性.

执行短波长紫外线(UV)照射处理时的注意事象
紫外线有损人体眼睛,请勿直接长时间凝视.
处理时所发生的臭氧有毒.有时必须视其情况设置有滤网的局部排气装置等.
　
与照射长波长紫外线的相异点
为了硬化紫外线硬化性墨水,而有采用照射365nm等长波长的紫外线处理例.由於它比短波长紫外线的能源低,活化表面的能力也较低,因此流用长波长紫外线照射装置时,可能会发生无法充分实施表面改良的情况.

照射紫外线的效果
在此将依据测量水接触角的结果,来介绍将短波长紫外线照射在本公司制树脂时的表面改性效果.从测量结果得知,照射紫外线後会缩小接触角,并改善工程塑胶原料树脂表面的湿濡性.

 

 

 

 

四.砂纸处理
利用砂纸让表面粗面化,以扩大黏接面积与固定效果而提�N强度.虽然方法简单,但无法获得卓越的黏接强度,此外也具有处理研磨粉的问题,而且作业性不佳.

五.喷砂处理

六.等离子蚀刻处理
尽管有真空和常压处理方法,但一般都采用真空处理法.由于是成批处理操作性不佳,但却能有效进行表面改性.这是因为在真空环境中,氧气等气体产生等离子使表面活性化.但处理时间过长的话,反而会引起老化,必须引起注意.

七.利用药剂之蚀刻处理

六.火焰处理
这是一个常用的方法,即直接用火焰照射熔接部分的表面,借助于表面氧化的手法对表面进行处理,但从操作性与安全性上考虑,最近已很少被使用.

九.等离子处理

塑料成型品曲面印刷