실리콘 표면 전처리: 플라즈마 vs 프라이머 vs 코로나

인쇄된 실리콘의 접착 불량은 대부분 잉크 탓으로 돌려집니다. 하지만 저희 경험상 잉크는 변수가 되는 경우가 드뭅니다. 실리콘 표면 전처리가 문제의 원인이며, 이는 전체 공정에서 가장 기록이 부족한 단계입니다. 도면에 관련 매개변수가 없고, 작업 지시서에도 기록되지 않으며, 라인에서 측정된 값도 없습니다.

해당 부품은 초도 검사를 통과하고 출하되었지만, 3개월 후 가장자리의 인쇄된 글자가 벗겨진 채로 반송되었습니다. 구매 주문서에는 잉크 시스템과 경화 주기가 명시되어 있었지만, 잉크가 표면에 닿았을 당시 표면 상태에 대한 언급은 없었습니다.

이 페이지에서는 생산 현장에서 실제로 사용되는 세 가지 처리 방식(대기압 플라즈마, 화학적 프라이머, 코로나 방전)을 비교합니다. 비교 기준은 표면 에너지 추가량, 효과 지속 시간, 부품당 비용, 그리고 교대 근무 시간 동안의 재현성입니다.

요약 보고서

• 청소는 선택사항이 아니며 치료법도 아닙니다. 금형 이형제 및 실리콘 오일 블룸 현상은 이 세 가지 방법 모두를 무력화시키며, 표면이 오염된 경우 플라즈마 및 코로나 방전은 오염 물질을 활성화시킬 뿐입니다.
• 플라즈마 절단은 3D 부품 제작에 가장 적합하지만, 내구성이 가장 약합니다. 처리된 실리콘은 한 시간 이내에 표면 에너지를 잃기 시작하므로 프린트 스테이션은 처리 장치 옆에 있어야 합니다.
• 프라이머는 시간을 벌어주고, 코로나는 처리량을 늘려준다. Primer는 배치 워크플로우와 저장에 적합하지만, Corona는 저렴하고 빠르지만 평면 또는 거의 평면에 가까운 형상에만 적용이 제한됩니다.

처리되지 않은 실리콘에 아무것도 붙지 않는 이유는 무엇일까요?

실리콘의 기본 구조는 메틸기가 바깥쪽으로 향한 실록산 사슬입니다. 이 메틸기는 화학적으로 비활성이며 비극성이므로 실리콘은 열, 자외선 및 화학 물질에 강하며 잉크가 실리콘 표면에 맺히는 이유이기도 합니다. 표면 에너지는 약 1000V입니다. 20–24 mN/m, 대부분의 잉크와 접착제의 표면 장력보다 훨씬 낮습니다.

습윤 법칙은 간단합니다. 기판의 표면 에너지가 도포된 유체의 표면 장력을 명확하게 초과하지 않으면 유체는 퍼지지 않고 결합은 기껏해야 기계적 결합에 그칠 것입니다.

전처리가 원인으로 지목되지만 해결할 수 없는 두 번째 문제가 있습니다. 성형된 실리콘 표면에는 이형제가 남아 있고, 불완전하게 후경화된 실리콘은 며칠 동안 저분자량 실록산을 표면으로 계속 끌어올립니다. 오염된 부품을 처리하면 기판이 아닌 오염 물질 층이 활성화됩니다. 처음에는 접착력이 양호해 보이지만, 이 층이 이동하면서 접착력이 떨어집니다.

따라서 순서는 정해져 있고, 방법보다는 순서가 더 중요합니다.

1. 치료 후 휘발성 물질을 제대로 제거하는 부분 — 참조 실리콘 제품 후경화 추론 과정과 일반적인 주기에 대해서.
2. 깨끗한 — IPA 와이프 또는 초음파 세척 후, 다음 단계로 넘어가기 전에 정해진 최대 유지 시간을 준수하십시오.
3. 대하다 — 플라즈마, 프라이머 또는 코로나.
4. 치료 기간 내에 인쇄하십시오.

1단계 또는 2단계를 건너뛰면 3단계와 4단계는 돈 낭비입니다.

표면 처리가 되었는지 여부는 실제로 어떻게 측정하나요?

측정하지 않으면 알 수 없다. 생산 현장에서는 두 가지 방법이 사용된다.

다인 테스트 펜 및 잉크 이는 신속한 방법입니다. 표면 장력이 알려진 시험 유체를 표면에 통과시켜, 액체 막이 약 2~3초 동안 방울로 분리되지 않고 유지되면 표면 에너지는 해당 값 이상입니다. 이 방법은 [문헌 번호]에 정의되어 있습니다. ASTM D2578 그리고 그에 상응하는 것 ISO 8296. 정밀도란 무엇인가에 관한 것입니다. ±2 다인/cm 표준 2다인/cm 단위로 측정하며, 규칙적인 반복 사용을 통해 대략 ±1다인/cm의 오차 범위를 확보할 수 있습니다.

실리콘 표면에서 필름 표면보다 더 중요한 두 가지 주의사항:

• 펜촉은 오염 물질을 배출합니다. 마커 펜은 기계 오일이나 실록산을 흡수하여 경고 없이 수치가 낮거나 높게 나올 수 있습니다. 기록에 사용되는 모든 항목은 깨끗한 면봉과 함께 병에 담긴 테스트 용액을 사용하십시오.
• 작거나, 질감이 있거나, 깊게 파인 부분에서 다인 테스트를 하는 것은 신뢰성이 떨어집니다. 돔형 키패드의 경우, 평평하지 않은 부품의 가장 평평한 부분을 테스트하는 경우가 많습니다.

접촉각 측정 이는 기준 방법입니다. 속도가 느리고 장비가 필요하지만, 공정 검증 및 고객과의 논의에 유용하며, 개별 생산 배치 검사에는 적합하지 않습니다.

실제 설정은 인증 시 접촉각 기준선을 측정한 다음, 생산 라인에서 정해진 간격으로 유체를 분사하고 측정값을 해당 로트별로 기록하는 것입니다.

대기 플라스마: 가장 유능하면서도 가장 쉽게 소멸하는 물질

플라즈마 처리는 미세한 규모로 세척하고 표면을 화학적으로 활성화시키는 건식 비접촉 방식의 단일 공정입니다. 대기압 시스템은 컨베이어 벨트나 로봇 팔에 장착하여 3차원 형상, 움푹 들어간 부분, 여러 면을 처리할 수 있습니다. 따라서 부품이 평평하지 않은 경우 플라즈마 처리가 기본적으로 선택되는 이유입니다.

실제 작전상 중요한 것은 표면 에너지 피크가 아니라 그 감소율입니다.

특히 실리콘에 관해서라면, 대기 플라즈마 친수성 변형에 관한 논문 발표 효과를 발견했습니다 약 1시간 동안 안정적입니다., 그 후 소수성 회복이 시작되어 표면이 원래 상태로 돌아왔습니다. 약 24시간 후의 원래 값 노화 현상과 관련이 있습니다. 장비 제조업체들은 이러한 현상을 다소 포괄적으로 설명하는데, 다인 레벨 감소율은 재료와 환경에 따라 다르며, 처리 수명은 기판에 따라 몇 시간에서 몇 달까지 걸릴 수 있습니다. 실리콘은 짧고 움직임이 자유로운 사슬 구조 덕분에 빠르게 재배열되어 메틸기가 표면으로 돌아오기 때문에 이 범위에서 빠른 편에 속합니다.

인쇄 라인에 미치는 영향:

• 처리 장치는 프린터와 같은 라인에 있어야 합니다., 별도의 방에 보관하는 것이 아닙니다. 처리 후 보관 방식은 실리콘 플라즈마 처리 워크플로우가 아닙니다.
• 처리와 인쇄 사이의 완충 재고는 폐기 위험이 있습니다. 생산 라인이 한 시간 동안 멈추면 완충재에 있는 부품들을 다시 제자리로 돌려놓아야 합니다.
• 재치료는 효과가 있습니다. 사용 기한이 지난 부품은 일반적으로 재가동하여 활성화를 복구할 수 있으며, 이는 폐기하는 것보다 비용이 저렴하지만 운영자의 재량에 맡겨서는 안 되는 명문화된 규칙이어야 합니다.
• 과잉치료는 실제로 존재합니다. 과도한 플라즈마 산화는 표면 근처 층을 약화시키고 후속 단계에 영향을 미칠 수 있습니다. 전력을 높인다고 해서 접착력이 더 좋아지는 것은 아닙니다.

운영 비용. 대기압 플라즈마는 화학 물질을 소모하지 않습니다. 공개된 시스템 요구 사항은 전력과 깨끗한 압축 공기뿐이며, 이것이 프라이머를 사용하지 않아도 되는 경제적인 이유입니다. 공급업체 사양에 따르면 처리량은 다음과 같습니다. 단일 노즐은 약 8~12mm 너비의 띠를 처리하고, 회전 헤드는 약 10m/min의 처리 속도로 40~150mm까지 처리합니다. 프로파일 시스템은 최대 40m/min의 라인 속도로 360° 처리를 수행하며, 와이드 포맷 DBD 노즐은 최대 100mm까지 처리합니다. 회전 헤드 시스템의 일반적인 소비 전력은 1,000W 발생기와 5~6bar의 압축 공기 약 66l/min입니다. 10m/min의 속도로 60mm 길이의 키패드가 헤드 아래에 약 0.4초 동안 위치하므로 일반적인 데코레이션 라인에서는 플라즈마 자체가 병목 현상이 아니라 인쇄 스테이션이 병목 현상의 원인입니다.

비용 측면에서 에너지 소비는 거의 무시할 수 있습니다. 시간당 수천 개의 부품을 생산하는 데 필요한 총 전력 소비량은 약 1.5kW이며, 이는 부품당 0.001달러 미만입니다. 견적에 실제로 반영되는 비용은 감가상각비입니다. 단일 노즐 인라인 시스템을 월 3만 개 부품 생산 기준으로 3년에 걸쳐 감가상각할 경우, 부품당 약 0.02~0.03달러가 됩니다. 매 배치마다 소모품 비용, 플래시 시간, 오븐 사용 시간, 용제 처리 등이 발생하는 프라이머 라인과 비교했을 때, 플라즈마 절단은 대량 생산에 도달하기 훨씬 전부터 일반적으로 더 저렴한 솔루션입니다.

습도와 보관 온도는 부패 속도에 영향을 미칩니다. 따뜻하고 습한 곳에 보관하면 회복 속도가 빨라지고, 건조한 곳에 보관하면 느려집니다. 작업장에 온도 및 습도 조절 시설이 없다면, 최악의 상황을 가정하십시오.

화학 프라이머: 더 느리고, 더 지저분하지만, 보관 중에도 손상되지 않는 유일한 제품

실리콘 프라이머는 반응성 실란 및 실록산의 용매 기반 혼합물입니다. 이들은 물리적인 작용보다는 화학적인 작용을 합니다. 실란 말단은 기판에 결합하고, 다른 말단은 잉크 또는 엘라스토머와 반응할 수 있는 작용기를 제공합니다. 이는 다른 용도에 사용되는 화학 물질과 동일한 종류입니다. 실리콘 오버몰딩 접착, 접착 문제가 아닌 장식 문제에 적용됩니다.

얻게 되는 이점:

• 정말 자유로운 시간. 프라이밍 및 플래싱 처리된 표면은 단순히 물리적으로 활성화되는 것이 아니라 화학적으로 변형되므로 플라즈마 처리와는 달리 배치 워크플로, 대기열 및 야간 보관을 견딜 수 있습니다.
• 기하학적 독립성. 담그기, 브러싱, 스프레이, 탐폰 사용 등은 모두 플라즈마 노즐로는 여러 번 통과시켜야만 얻을 수 있는 형태를 만들어냅니다.
• 장비 비용이 저렴합니다. 발전기 없음, 가스 공급 장치 없음, 컨베이어 시스템 통합 없음.

구매 가격:

• 필름 두께 규정. 흡수성이 없는 표면에서는 프라이머 막이 거의 보이지 않아야 합니다. 프라이머가 너무 많으면 경계층이 약해져서 인쇄물이 프라이머가 그대로 붙어서 벗겨지게 됩니다. 이것이 우리가 가장 흔히 접하는 프라이머 결함입니다.
• 플래시 시간은 실제 매개변수입니다. 프라이머는 다음 단계로 넘어가기 전에 제품 사양서에 명시된 대로 건조 또는 가수분해되어야 합니다. 일반적으로 시스템에 따라 실온에서 20분에서 45분 정도 소요됩니다. 프라이머 처리가 되지 않은 상태에서 인쇄하는 것은 아예 하지 않는 것보다 더 나쁩니다.
• VOC, 환기 및 보관. 용제 취급, 폐기물 처리, 그리고 작업자의 판단이 아닌 날짜를 기준으로 측정되는 유통기한.
• 추가 굽기가 필요할 수 있습니다. 일부 프라이머 시스템은 고온 베이킹 후에야 최대 성능을 발휘합니다. 실리콘 부품에 대한 일반적인 공개 조건은 다음과 같습니다. 150~200°C에서 2~4시간 동안.

마지막으로, 프라이머를 선택하기 전에 가격을 고려해야 합니다. 프라이머에 4시간의 소성 시간이 필요하다면, 그 공정은 더 이상 저렴하지 않습니다. 단지 자본 설비 비용이 오븐 사용료와 재고 비용으로 옮겨갈 뿐입니다.

코로나 방전: 저렴하고 빠르지만 기하학적 제약이 있음

코로나 처리는 표면을 공극을 가로지르는 고주파, 고전압 방전에 노출시키는 방식입니다. 롤투롤 필름 및 웹에 표준적으로 사용되는 방식으로, 비용이 저렴하고 처리 속도가 빠르며 연속 생산 라인에 쉽게 통합할 수 있습니다. 실리콘 시트, 실리콘 필름 등에 적용됩니다. 접착식 가스켓 재료 이 프로그램은 요청받은 대로 정확하게 작동합니다.

제한은 기하학적 구조에 있습니다. 코로나 방전은 전극과 표면 사이의 제어된 공극에 달려 있습니다. 돔형 키패드, ㅏ 손목 밴드, 또는 그로밋의 간격이 일정하지 않아 부품 전체에 걸쳐 처리 강도가 달라지는 경우가 있습니다. 예를 들어 돔의 윗부분은 처리되지만 측면은 처리가 부족하고 움푹 들어간 부분은 처리되지 않습니다. 제조사들은 전용 헤드와 더 넓은 조사 영역을 사용하여 3D 부품에 대한 코로나 열처리 범위를 확장했지만, 작업 영역은 여전히 임의의 형상이 아닌 부품 높이(인치)로 측정됩니다.

합격 여부를 결정하는 두 가지 추가 제약 조건:

• 전도성 고정 장치 및 벨트는 아크를 발생시킬 수 있습니다. 금속 캐리어에 있는 부품의 자동 처리에 중요한 일반적인 코로나 방전 조건 하에서.
• 오존이 생성됩니다 그리고 추출이 필요한데, 이는 공정 문제가 아니라 시설 문제입니다.

코로나 열처리의 소멸 양상은 플라즈마 열처리와 유사한 문제를 야기합니다. 즉, 물리적 활성화이기 때문에 시간이 지남에 따라 효과가 사라집니다. 코로나 열처리는 플라즈마 노즐보다 표면에 가하는 에너지가 적기 때문에 소멸 속도 또한 더 빠릅니다. 실리콘 표면에서 안정적인 활성화 시간은 약 30분 정도이며, 대부분의 효과는 8시간 이내에 사라집니다. 예를 들어, 코로나 열처리된 폴리올레핀 필름은 30일 이내에 경도가 48 dyne/cm에서 38 dyne/cm로 떨어질 수 있습니다. 실리콘은 사슬 이동성이 매우 빠르기 때문에 이보다 훨씬 빠르게 효과가 감소합니다. 따라서 인쇄 스테이션 근처에서 열처리를 진행하고, 필름 업계에서 사용하는 수치에 의존하지 않는 것이 좋습니다.

어떤 전처리 방법을 지정해야 할까요?

장식 과정에서 우리가 기본적으로 사용하는 방식은 다음과 같습니다.

• 곡선 또는 불규칙한 부분에 패드 인쇄 — 생산량이 자본 투자를 정당화할 경우 인라인 대기압 플라즈마 처리 방식을 사용하고, 워크플로우가 배치 방식이거나 형상이 깊게 파인 경우에는 프라이머 처리 방식을 사용합니다. 곡면 부품은 다인 테스트가 가장 어렵기 때문에 이 조합이 가장 위험합니다.
• 스크린 인쇄 평평한 시트 위에 매트** — 코로나 방전은 일반적으로 충분하고 부품당 비용이 가장 저렴합니다. 화합물에 고농축 성분이 포함된 경우에는 플라즈마 방전이 적합합니다.
• 전사 인쇄 그리고 래핑된 그래픽** - 프라이머를 사용해야 합니다. 워크플로우에 홀드가 포함되어 있고, 처리 과정이 홀드를 견뎌내야 하기 때문입니다.

세 가지 사항 모두에 적용되는 한 가지 중요한 주의사항은 전처리 방법이 잉크 화학 성분과 상호 작용한다는 것입니다. 깨끗하고 후경화가 잘 된 부품에 적절하게 배합된 2액형 실리콘 잉크를 사용할 경우 전처리가 전혀 필요하지 않을 수도 있습니다. 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. 실리콘 인쇄 잉크 배합 및 혁신 치료 단계가 필수적이라고 단정하기 전에, 핵심 지침을 참조하십시오. 실리콘에 인쇄하는 방법 전처리 과정이 전체 과정에서 어떤 위치를 차지하는지에 대한 것입니다.

회선에서 무엇을 모니터링해야 할까요?

전처리 과정이 조용히 실패하는 경우가 있습니다. 여행자 기록부에 적어둘 만한 중요한 점검 사항은 다음과 같습니다.

접착력 검사로 모든 과정이 마무리됩니다. 크로스 해치 테이프 테스트를 통해 ASTM D3359 ISO 2409 또는 용제 마찰 시험을 통해 처리 효과가 실제로 있었는지 확인할 수 있습니다. 표면 에너지가 주요 지표이며, 접착 등급은 결과입니다. 등급을 다인(dyne) 측정값과 비교하여 기록하면 부품이 현장에서 고장 나기 몇 주 전에 변화를 확인할 수 있습니다.

전처리가 더 이상 해답이 될 수 없는 지점

전처리는 표면 에너지를 높여줍니다. 하지만 인쇄에 적합하지 않은 컴파운드, 후경화 처리가 되지 않은 부품, 또는 실리콘용으로 설계되지 않은 잉크의 문제를 해결해주지는 않습니다. 올바른 세척, 검증된 다인(dyne) 값, 그리고 완전한 경화 사이클 후에도 접착력이 저하된다면, 문제는 장식 공정 이전의 컴파운드, 이형제 또는 성형 사이클에 있는 경우가 많습니다. 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. 백금 경화 실리콘과 과산화물 경화 실리콘 비교 경화 시스템 자체가 표면의 특성을 어떻게 변화시키는지에 대한 것입니다.

처리 방법을 지정하기 전에 다음 네 가지 사항을 결정해야 합니다. 부품의 형상, 그리고 인쇄면이 오목하거나 곡선인지 여부입니다., 화합물 및 그 충전재 함량, 워크플로우가 인라인인지 배치 방식인지, 그리고 인쇄물이 견뎌야 하는 내구성 기준은 무엇인지 등을 고려해야 합니다. 마지막 요소를 고려하지 않으면 가장 저렴한 처리 방식이 충분한지 판단할 수 없습니다.

만약 장식이 처음 생산 시 테이프 테스트를 통과하는 것이 아니라 수년간 마모를 견뎌야 한다면, 솔직히 말해서 어떤 전처리도 그 격차를 단독으로 메울 수는 없습니다. 따라서 문제는 문구를 인쇄하고 코팅해야 하는지, 아니면 다른 방법을 사용해야 하는지입니다. 주형을 뜨고 조각을 새겼습니다. 대신에. 보세요 실리콘 키패드 표면 마감 및 코팅 잉크 위에 덧입혀지는 것에 대해서.

참고자료

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• 플라스틱 표면 처리를 위한 코로나, 플라즈마 및 화염 전처리 — 에너콘 인더스트리, 기술 자료
• ASTM D3359-23, 테이프 테스트를 통한 접착력 평가 — ASTM International, 2023년 3월 업데이트
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• 플라즈마 매개 접근법을 이용한 실리콘 고무 표면 개질 — 퀸즈대학교 벨파스트, 산소 플라즈마 처리 후 접촉각 117°에서 5° 미만으로 감소
• 플라즈마 및 코로나 치료의 치료 수명은 얼마나 되나요? — Tantec, 폴리머 계열별 유효기간
• 코로나 치료제의 효과가 시간이 지남에 따라 감소하는 이유는 무엇일까요? — 필름상의 다인 감쇠율
• SpinTEC 대기압 플라즈마 처리기, 기술 사양 — 탄텍, 처리 폭, 라인 속도, 전력 및 공기 소모량
• 플라즈마를 이용한 활성화 — 플라즈마닷컴, 게시된 노즐 처리 폭
• 대기압 플라즈마 — 프라운호퍼 IFAM, 전기 및 압축 공기만을 입력으로 사용